使用單電源的運放交流放大電路

?? 在采用電容耦合的交流放大電路中，靜態(tài)時，當集成運放輸出端的直流電壓不為零時，由于輸出耦合電容的隔直流作用，放大電路輸出的電壓仍為零。所以不需要集成運放滿足零輸入時零輸出的要求。因此，集成運放可以采用單電源供電，其-VEE端接"地"(即直流電源負極)，集成運放的+Vcc端接直流電源正極，這時，運放輸出端的電壓V0只能在0～+Vcc之間變化。在單電源供電的運放交流放大電路中，為了不使放大后的交流信號產(chǎn)生失真，靜態(tài)時，一般要將運放輸出端的電壓V0設置在0至+Vcc值的中間，即V0=+Vcc／2。這樣能夠得到較大的動態(tài)范圍；動態(tài)時，V0在+Vcc／2值的基礎上，上增至接近+Vcc值，下降至接近0V，輸出電壓uo的幅值近似為Vcc／2。 圖3請見原稿

1．2．1 單電源同相輸入式交流放大電路
??? 圖3是使用單電源的同相輸入式交流放大電路。電源Vcc通過R1和R2分壓，使運放同相輸入端電位由于C隔直流，使RF引入直流全負反饋。所以，靜態(tài)時運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C通交流，使RF引入交流部分負反饋，是電壓串聯(lián)負反饋。放大電路的電壓增益為
??? 放大電路的輸入電阻Ri=R1／R2／rif≈R1／R2，
??? 放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0。
1．2．2 單電源反相輸入式交流放大電路
??? 圖4是使用單電源的反相輸入式交流放大電路。電源V cc通過R1和R 2分壓，使運放同相輸入端電位為了避免電源的紋波電壓對V+電位的干擾，可以在R2兩端并聯(lián)濾波電容C3，消除諧振；由于C1隔直流，使RF引入直流全負反饋。所以，靜態(tài)時，運放輸出端的電壓V0=V-≈V+=+Vcc／2；C1通交流，使RF引入交流部分負反饋，是電壓并聯(lián)負反饋。放大電路的電壓增益為放大電路的輸入電阻Ri≈R，放大電路的輸出電阻R0=r0f≈0。

2 運放交流放大電路的設計
??? 在設計單級運放交流放大電路時，
??? (1)選擇能夠滿足使用要求的集成運算放大器。在采用電容耦合的交流放大電路中，由于電容隔直流，交流放大電路輸出的溫度漂移電壓很小。因此，對集成運放漂移性能的要求可以降低，主要從轉(zhuǎn)換速率、增益帶寬、噪聲等方面來考慮選用集成運放。對脈沖信號、寬頻帶交流信號和視頻信號等，應選用轉(zhuǎn)換速率較高、增益帶寬至少是最高工作頻率10倍的集成運放。對音質(zhì)要求比較高的音頻交流放大電路中常采用高速低噪聲的集成運放，如雙運放的4558、NE5532等。

(2)確定采用雙電源供電還是單電源供電。在使用條件許可的情況下，運放交流放大電路盡量采用雙電源供電方式，以增大線性動態(tài)范圍。當集成運放雙電源使用時，正、負電源電壓一般要對稱。且電源電壓不要超過使用極限，電源濾波要好。為了消除電源內(nèi)阻引起的低頻自激，常常在正、負電源接線與地之間分別加0．01～0．1 μF的電容退耦。使用單電源供電時，運放同相輸入端電位要小于該運放的最大共模輸入電壓。
??? (3)確定輸入信號是同相輸入還是反相輸入。若要求放大電路的輸入電阻比較大，應采用同相輸入式交流放大電路。因為反相輸入式交流放大電路輸入電阻的提高會影響電壓增益。由圖2或圖4相關計算式可知，增大反相輸入式交流放大電路輸入電阻時，該電路電壓增益將減小，且電壓增益也會受信號源內(nèi)阻的影響。所以在設計反相輸入式交流放大電路時，有時輸入電阻和電壓增益的選擇難以兼顧。而采用圖1或圖3同相輸入式交流放大電路時，圖1中的R1偏置電阻值適當增大，或者圖3中的R1和R2分壓電阻值適當增大，就能夠提高放大電路的輸入電阻，而對電壓增益無影響。另外，為了有效地提高圖3放大電路的輸入電阻，可以對電路做一些改進，改進電路如圖5所示。

??? 該放大電路輸入電阻Ri≈R3，當R3值 圖5見原稿選擇大時，放大電路輸入電阻Ri值就大。所以明顯地提高了放大電路的輸入電阻。
??? (4)確定交流放大電路電壓增益。單級運放交流放大電路的電壓增益Au通常不要超過100倍(40dB)。過高的電壓增益不但會使放大電路的通帶下降，也容易感應高頻噪聲或產(chǎn)生自激振蕩。如果要得到一個放大倍數(shù)比較大的放大器，可用兩級等增益的運放電路或者多級等增益的運放電路來實現(xiàn)。
??? (5)確定交流放大電路中的電阻值。一般應用中阻值在1～100kΩ之間比較合適。高速的應用中阻值在100Ω～1k Ω之間，但會增大電源的消耗。便攜設計中阻值在1～10M Ω之間，但會增大系統(tǒng)噪聲。先設定圖中運放反向輸入端R電阻值，根據(jù)相關電路的電壓增益計算式，再估算出反饋電阻RF的值。最好采用金屬膜電阻，以減小內(nèi)噪聲。
??? (6)確定放大電路中的電容值。信號耦合電容的大小決定放大電路的低頻特性。根據(jù)交流放大電路信號頻率的高低選擇耦合電容值。若放大的是低頻交流信號，如音頻信號，耦合電容值可選擇1～22 μF之間；若放大的是高頻交流信號，耦合電容值可選擇1000pF～0．1 μ F之間。同相輸入式交流放大電路引入直流全反饋的隔直流電容值由C=1／20πfR式估算。式中f是輸入信號的最低頻率。音頻信號的最低頻率為20Hz，當R≥1k Ω時，經(jīng)過上式估算，選擇C=100 μF時，已經(jīng)能夠滿足要求。濾波電容值選擇100～1000 μ F之間。