在设计单电源运放应用电路时,需要比双电源电路更加谨慎。因为单电源电路中,运放的正负电源脚分别连接到正电源VCC+和地GND,这可能导致输出电压摆幅更低,通常以VCC的一半作为虚地电压,使输出电压以虚地为中心,且摆幅在Vom(最大输出电压)范围内。设计者必须理解并参考数据手册中运放的输出电压,特别是最高输出电压Voh和最低输出电压Vol,从而保证系统的功能不会退化。
在使用交流耦合时,要确保输入和输出参考系统地,避免直流偏移导致的问题。为了实现这一点,可以在信号源和运放、运放输出和负载之间加入耦合电容。在多级运放电路中,如果各级运放的参考地是虚地,且各级都没有增益,那么级间耦合电容并非绝对必要。在实际操作中,可以逐步移除耦合电容以检验电路的工作情况。
在设计中,常常需要外部提供一个虚地,而这个虚地通常是通过分压电路得到的VCC/2电压。但是,这种方法会降低系统的低频特性。组合运放电路可以节省成本和板上空间,但是会带来一些问题,例如耦合、滤波、直流偏置、噪声等,需要通过分别设计并组合各功能模块来实现所需功能。
在选择电路中的电阻和电容参数时,需要根据应用环境确定电阻的阻值范围。例如,普通应用中K欧级到100K欧级的阻值比较合适,高速应用中100欧级到1K欧级的阻值更为合适,便携设计中1兆欧到10兆欧级的阻值较为常见。对于电容的选择,一般的E-12系列电容适用于大多数情况,如果需要调整电路参数,建议使用精度为1%的E-24系列电容。
放大器电路主要有两种基本类型:同相放大器和反相放大器。同相放大器的输入和输出信号相位相同,而反相放大器的输出信号与输入信号相位相反。在设计放大电路时,要根据具体需求选择合适的放大器类型,并注意电路的增益设计。
在单电源电路设计中,通常会使用Rail-To-Rail运放,以确保整个电源范围内的动态范围被充分利用,但是要特别注意,Rail-To-Rail运放并不是在所有情况下都能够承受从正电源到地的整个电压范围,设计者必须仔细参考运放的数据手册以确定其输入和输出是否支持全轨电压。
此外,设计者在设计电路时,还应当考虑到输入和输出参考电压的直流偏置问题。如果输入或输出参考电压不是系统地而是虚地,那么在电路设计中必须加入适当的隔直电容以隔离直流分量,从而确保信号能够在正确的电压范围内工作,避免超出运放允许的输入或输出范围。
在设计单电源运放应用时,必须对电路的工作原理、参数选择以及可能出现的问题有深入的理解和正确的处理方法,以确保电路的正常工作和系统的稳定性能。