有关运放在单电源下的"最关键注意事项"

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` 本帖最后由 diangongshi 于 2012-1-11 14:15 编辑

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：
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2010-8-4 15:13

从NE5532的内部结构知道
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2010-8-4 15:13

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
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2010-8-4 15:13

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。

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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