常见问题解答

  • 采用单电源供电时,我的运算放大器输出高度失真。这可能是因为某种裕量问题导致的吗?
  • 裕量(headroom)肯定是输出失真的众多原因之一。有些人可能还不熟悉裕量的概念,它用于衡量放大器的输入和输出摆幅接近供电轨的程度。您可能还听说过“下裕量”(footroom)这一术语,它是指与负电源的差距,但“裕量”通用于两个供电轨。因此,对于裕量为±0.8 V的放大器,其摆幅可以达到电源的0.8 V范围内。

    幸好,根据数据手册的技术规格或性能曲线,就可以迅速确定放大器的裕量要求。输入裕量指输入共模电压范围(ICMVR)与电源电压的差异。输出裕量指输出电压摆幅与电源电压的差异。超过ICMVR或者要求放大器的输出高于额定输出摆幅,当然会使输出信号失真。

    采用单电源供电则使问题进一步复杂化。几乎所有放大器都能采用单电源供电。放大器不在乎所用电源是10 V单电源还是±5 V双电源,它只看到电源引脚上有10 V电压。然而,输入端则不同。采用对称双极性电源时,中间电源电压为0;采用单电源时,中间电源电压为电源电压的一半。

    对于参考地的信号,最好使用双极性电源,因为二者均参考地(中间电源电压)。在单电源应用中,输入信号必须偏置以匹配中间电源电压,才能实现放大器裕量最大、功耗最低。这可以在信号源或者放大器输入端实现。如果是放大器输入端,可能需要交流耦合,并且必须建立新的中间电源偏置电压,使电路更加复杂。

    解决此问题的另一个办法是使用“真”单电源放大器。这些放大器的ICMVR包括负供电轨,有助于缓解ICMVR问题。还有一个办法是使用轨到轨放大器,其输入和输出摆幅可以达到供电轨的数毫伏范围内。此外还可以使用内置电荷泵的放大器,在内部产生负供电轨。

    因此,如果放大器设计让您感到束手束脚,请冷静下来、放松心情,有很多办法都可以找到更多一点上裕量或下裕量。





    更多信息

    应用笔记:
    AN-417:在低压高速系统中利用快速轨到轨运算放大器减少设计限制 (中文版pdf)
    AN-581:单电源应用中的偏置和去耦运算放大器 (中文版pdf)

    教程:
    MT-035: 运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题 (pdf)

    技术文章:
    传感器信号调节 - 用于信号调节的放大器 (pdf)

    《模拟对话》:
    放大器用作比较器? ( 应用工程师问答—31) (pdf)

    特色产品:
    AD8031:2.7 V、800 µA、80 MHz轨到轨输入/输出单核放大器
    AD8032 :2.7 V、800 µA、80 MHz轨到轨输入/输出双核放大器
    AD8029 :低功耗、高速轨到轨输入/输出运算放大器
    AD8030 :低功耗、高速轨到轨输入/输出运算放大器
    AD8040 :低功耗、高速轨到轨输入/输出运算放大器
    AD8027 :低失真、高速轨到轨输入/输出放大器
    AD8028 :低失真、高速轨到轨输入/输出放大器

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