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[原创]有关运放在单电源下的"最关键注意事项"

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楼主
在很多电子论坛经常看见运放在单电源供电下,进行测量放大的电路,出现啥啥问题、不能正常工作等等。
实际上其实这一切都是由于不同运放的不同输入结构造成的。

在说明下面这个问题前,首先强调一下:
  对于单电源应用,我这里指的是"直流"放大应用,此时运放的输入端电位受输入信号的牵制,输入信号的直流电平直接影响到运放的输入端电位。
  而对于放大交流信号,因为有输入、输出电容隔离,此时运放用啥电源都没有关系,所以不在此讨论话题内。



  对于直流放大,因为没有了隔直电容,输入信号的直流电位就会直接影响到运放的工作点,如果运放输入端工作电压超出运放的Vicom这个参数范围,就不能正常工作了。

Vicom这个参数一般都有正负两个值,究竟是啥含义呢?以NE5532的Vicom参数为例:

从NE5532的内部结构知道

  运放输入端必须要比Vee脚高2V以上,以便可以给公共恒流源提供工作电压。如果运放输入端接到Vee脚,那么差分管Vbe没有偏压,并且下面的公共恒流源电路也不能正常工作,运放也就工作在非正常状态了。所以得到Vicom的最小值极限就是必须比Vee高2V
  同样可以推导到如果运放输入端接到Vcc,他也不能工作,也必须比Vcc低2V才能工作。所以Vicom的最大极限值就是比Vcc低2V。
  所以我们看到NE5532的Vicomm有2个值,分别是正负13V,意思是在正负15V供电下(即Vcc=+15,Vee=-15V),运放差分输入端的电位必须要比Vee高(-13)-(-15)=2V以上,比Vcc低(+13)-(+15)=-2V。

再看看LM358的输入结构

是PNP达林顿输入结构,当输入端接到Vee脚(也即图中地),此时PNP管仍旧能正常工作。
而LM358的Vicom参数如下:

  说明在单26V供电(Vee=GND,Vcc=26V)下,Vicom的最小值可以为0V,即允许输入端直接接到Vee脚。



但为啥叫称呼他们为单电源运放呢?
  这主要是相对于输入信号的地来说的,
  因为一般输入信号是以自己的地为参考信号的,当没有信号输入时,输入信号的直流电位肯定就是地电位0V了。
  如果你的运放是双电源供电,即输入信号的地是接到VccVee正负电源的中间,那么即使没有输入信号,运放输入端电位仍旧能保证>Vee 和<Vcc,即运放差分输入结构能正常工作。
  如果你是单电源供电的的话,输入信号的地其实就是接到了运放的Vee脚。当没有信号时,运放的输入端也就是0电位了,也就是和Vee脚电位相同,此时一部分运放就不能正常工作了,例如上面的NE5532,他的输入端电位等于Vee脚时,当然不能正常工作了,所以对于ne5532来说,单电源下的直流放大是不能正常工作的。
  但对于LM358,输入端电位等于Vee时,他仍旧能放大,


  所以单电源运放就是指这一类Vicom的最小值等于Vee脚这一类的运放。
  所以设计一个直流放大电路时,特别是在单电源下应用时,关键要注意输入信号相对于Vee脚的电压是否超出运放的Vicom范围。

lm324 vicom.png (15.83 KB )

lm324 vicom.png
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沙发
ni_labview| | 2010-8-6 12:24 | 只看该作者
楼主继续写,这个有用

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板凳
yanwen217| | 2010-8-6 12:51 | 只看该作者
Vicom电压包含GND和vdd的不就OK了,看看SGM324的规格 SGM321-358-324.pdf (557.14 KB)

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地板
locky_z|  楼主 | 2010-8-6 15:27 | 只看该作者
本帖最后由 locky_z 于 2010-8-6 15:29 编辑

总之单电源下使用,如果你能确保输入信号任何时候>满足Vicom,那么你用啥运放都可以,
  例如某些电桥电路,其两个输入端一般肯定大于某个电压,那么即使用单电源供电,用非单电源的运放也可以。
  很多人主要是没有注意到Vicom这个参数导致电路有问题。


既然有vicom达到Vee的运放,那么也有Vicom达到Vcc的运放,
我们再看看TL074的Vicom参数,


这种运放有什么用呢?这种运放用在高端电流检测最好用
例如很多人要检测某一路电源的电流情况,检测电流当然就要串入一个电阻啦,这个电阻可以串在电源高端,也可以串在电源低端。
串在低端的话,电源就不能和检测电路共用地了,这样有时引起不方便;
串在高端的话,很多人可能会用桥式检测电路,将R4上对地浮动的电压信号转变成对地的电压。但桥式电路对分压电阻的匹配程度非常非常高,通常很难做好。
但如果你用Vicom最大值达到Vcc的运放的话,可以用右图的电流变换电路,将R1上的负载电流转变成R3对地电压,其精度很高,稳定性很好。


如果运放的Vicom最大最小值范围是Vee和Vcc的话,这些运放就是Rail to input运放。
要实现Rail to input的话,运放输入结构肯定需要两个差分电路,例如互补全差分输入,互补P NMOS差分输入。这样才能达到rail to input的效果

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5
donkey89| | 2010-8-6 19:34 | 只看该作者
学习了

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6
pengliang| | 2010-8-6 22:53 | 只看该作者
顶一下

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7
bbyeah| | 2010-8-7 03:37 | 只看该作者
你是HIFIDIY论坛的吗?记得好像有这么个ID,当年参考过他(你?)的三极管测试仪

运放输入共模这个主要是很多时候对于IC电路的分析都忽略了结合内部结构,而这些端口的内部结构经常会限制使用范围

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8
xwj| | 2010-8-7 08:57 | 只看该作者
顶~
相当棒的**,讲得很好!

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9
yuli027| | 2010-8-7 09:35 | 只看该作者
真的 很好

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10
wangved| | 2010-8-7 10:34 | 只看该作者
支持原创

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efen| | 2010-8-7 10:52 | 只看该作者
本帖最后由 efen 于 2010-8-7 10:57 编辑

学习了,请问分析时为什么要输入端接到Vee脚,什么意思?

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12
locky_z|  楼主 | 2010-8-7 16:27 | 只看该作者
本帖最后由 locky_z 于 2010-8-7 16:31 编辑
学习了,请问分析时为什么要输入端接到Vee脚,什么意思?
efen 发表于 2010-8-7 10:52

这里针对的是"直流"应用,
所以没有信号输入时,输入端的电位就是输入端的GND的电位,
而单电源下,输入端的GND就是接到了运放供电的Vee脚,
所以没有信号输入时,运放的输入端的电位就等于GND,也就是Vee脚的电位。





   因为我的晶体管图示仪是单电源供电,并且涉及到直流放大和差分电路测量,还有单电源下的双向恒流发生电路,因此对单电源这部分的性质考虑的较多,总结出来的观点。




  实际上也不一定要知道运放的内部差分结果,只需知道其Vicom数值,以及测量条件(即Vee Vcc是多少),这样你就可以知道这个运放是否适合单电源下运用,或者是否需要一个不对称的供电(例如+26V -5V),以便使运放能正常工作。

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13
xujiayong| | 2010-8-10 15:55 | 只看该作者
12# locky_z
学习了,以前只注意到共模电压不能过高,没想到过低有时候也是不可以的,谢谢!

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14
fx244| | 2010-8-10 17:29 | 只看该作者
很好,学习了。谢谢!

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15
hpzax| | 2010-8-18 11:29 | 只看该作者
学习了

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16
cloudreaching| | 2010-8-18 13:59 | 只看该作者
学习

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17
dawlen| | 2010-8-18 16:25 | 只看该作者
很好,平常容易忽视的参数。

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18
zjdsll| | 2010-8-19 14:21 | 只看该作者
很好。真是高手哦!

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19
gxs64| | 2010-8-19 14:58 | 只看该作者
简单的说,任何一个运放都是由三极管构成,op处放大状态,也就是三极管处放大状态,所以Vcc-2>|Vin|.

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20
151466528| | 2010-8-20 09:47 | 只看该作者
总之单电源下使用,如果你能确保输入信号任何时候>满足Vicom,那么你用啥运放都可以,
  例如某些电桥电路,其两个输入端一般肯定大于某个电压,那么即使用单电源供电,用非单电源的运放也可以。
  很多人主要是没有 ...
locky_z 发表于 2010-8-6 15:27


"可以用右图的电流变换电路"  这个“右图”的电源V1负端应该接地吧? 否则看起来真别扭

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