单电源供电偏置电路

简介
从运算放大器结构上讲,运放在工作时无法分清自己是被双电源供电,还是单电源供电。任何运放的两个电源端,只要满足有足够的压差,运放就可以工作。不存在单电源专用运放,或者双电源专用运放。
所有的运放放大器都有两个电源引脚,分别标示为+VCC 和-VCC(或-VEE),常见的双电源
供电是由一个正电源和一个电压绝对值相等的负电源组成,通常为±15V、±12V 或±5V,此
时输入和输出都是相对于 GND 进行计算。
单电源供电的运算放大器,是由一个正电源和 GND 组成,当使用单电源供电运放调理
双极性信号时,必须为其提供“直流偏置电压”,使得输出电压以一个正确的电平(通常为
+VCC/2,或后端 ADC 满量程输入的 1/2)为中心摆动,一方面是使得输入的负电压能够被正确的输出,另一方面可以获得最大的动态范围。
1、交流耦合
交流耦合电路只对交流信号有效,实际上就是一个高通滤波器。当待处理信号包含直
流成分或者较低频率时,交流耦合电路不适用。
单电源供电偏置电路_第1张图片
是一个有较强适用性的同相电路,它可以实现衰减,也可以实现放大。

  • 短接 R1,此电路是一个含放大作用的电平移位。
  • 短接 R1,开路 RG,就是一个一比一的电平移位电路。
  • 在一比一电路基础上,增加 R1,可以起到衰减作用。

将较大的信号压制到 0~5V 时,R1 的介入可以实现衰减,衰减比率为:
单电源供电偏置电路_第2张图片
反馈支路的电阻和电容,起到对交流信号放大,直流信号跟随的作用。交流信号的高
频增益为:
单电源供电偏置电路_第3张图片
R2 和 R3的选择,除实现分压提供静默电位外,还兼具高通滤波器的截止频率设置:

单电源供电偏置电路_第4张图片
直流信号的增益为 1 倍,存在和交流信号的频率分界线,也可理解为截止频率:
单电源供电偏置电路_第5张图片
为保证 fl1 通带内的增益平坦性,当然要保证 fl2<< fl1。

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