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單電源放大器-聽起來很簡單…果真如此嗎?

發(fā)布時間:2021-02-18 來源:John Ardizzoni 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】單電源和軌對軌輸出是很優(yōu)秀的組合,但少數(shù)參數(shù)仍需要重新調(diào)整。這個問題沒有明確說明您提到的是單電源放大器(一類特殊的放大器)還是利用單電源驅(qū)動傳統(tǒng)運算放大器;因此,對這兩種情況,我們都將進(jìn)行討論。
 
問題:
 
采用單電源為軌到軌運算放大器供電似乎是個雙贏組合,但會有哪些不足?
 
單電源放大器-聽起來很簡單…果真如此嗎?
 
答案:
 
單電源和軌對軌輸出是很優(yōu)秀的組合,但少數(shù)參數(shù)仍需要重新調(diào)整。這個問題沒有明確說明您提到的是單電源放大器(一類特殊的放大器)還是利用單電源驅(qū)動傳統(tǒng)運算放大器;因此,對這兩種情況,我們都將進(jìn)行討論。
 
根據(jù)定義,真正的“單電源”運算放大器采用一個電源供電,放大器的輸入共模電壓范圍包括負(fù)電源軌。值得注意的是,即使放大器的輸入可以達(dá)到負(fù)軌或比負(fù)軌還低,但這并不表示放大器的輸出也能夠這樣。當(dāng)我們討論軌對軌輸出時,將更詳細(xì)地進(jìn)行說明。
 
任何放大器都可以采用單電源供電。運算放大器沒有接地引腳,采用雙極性電源供電與采用單電源供電是一樣的。不過,在這種配置中運行放大器時需要額外的偏置電路。因此,放大器的性能可能會在以下方面受到些許影響:較低的帶寬、較低的電源抑制(PSR),以及較高的噪聲。
 
“軌對軌輸出”這個術(shù)語實際上不太準(zhǔn)確。雖然放大器輸出可以接近電源 軌,但卻決不會達(dá)到電源軌。在雙極性放大器中,軌對軌輸出級通常是共發(fā)射極;因此,輸出與電源軌之間的最小差距是晶體管飽和壓降Vcesat。 Vcesat的值取決于放大器提供的負(fù)載電流。對低電流來說,輸出與電源軌的差距可能為數(shù)十毫伏。對較高的電流來說,Vcesat可能接近0.5V或更 高。目前,某些新型放大器能夠利用片上電荷泵補(bǔ)償Vcesat壓降,使輸出擺幅盡可能接近電源軌。
 
利用示波器進(jìn)行測量時,接近電源軌的放大器輸出擺幅可能顯得沒有問題, 但網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠揭示出不同的結(jié)果。隨著輸出擺幅更靠近電源軌,輸出晶體管將不再工作在線性區(qū),從而導(dǎo)致失真。失真可能發(fā)生在距離電源軌數(shù)百毫伏的地方。 因此,如果可能,應(yīng)當(dāng)盡量為電源軌設(shè)計一些額外的裕量,這將有助于改善放大器的失真性能。 
 
 
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