单电源运放为什么需要加偏置,如何加偏置?
1、运放差分输入端可以看做是一个镜像的电流源,如下图:
如果使用单电源供电时,也就是IS1的最终流向是地,如果输入信号是交流信号,那么负半轴的信号并不能让输入端的Q1/Q2处于线性工作状态,会出现严重的放大失真。
2、通过在差分输入端加入偏置电压可以有效解决该问题。通常偏置最好是Vcc/2,而且为了更好的放大,偏置最好用电源产生,不要使用电阻分压。电阻分压会对放大有影响,对输入信号阻抗也会产生影响。
运放的特点是输出幅值不能超过电源电压的压差,对于传统单电源运放,如LM358,输出电压幅值不能达到电源电压上下限。
单电源运放工作时只能放大对地为正(同向输入)或为负(反向输入)的直流电压,若输入为对地的交流信号时,则只能放大正半波或负半波,另一半波会因为截止而产生严重失真。
为了得到不失真的交流放大信号,需要在输入端叠加一个偏置电压,一般为1/2 VCC。
若在运放的一端输入对地偏置1/2 VCC的信号,另一端接地,则在反向输入的情况下:理论输出为负,但在此情况下单电源运放的下限接近0V,因此输出电压也接近0V,严重失真;
在正向输入的情况下:1/2 VCC的偏置电压也被放大,叠加上交流放大信号后很容易超过电源电压,而该部分将不被放大,导致信号严重失真,此种情况下,交流信号不能获得有效的放大倍数。
因此,在实际中,放大信号一端叠加偏置电压后,另一端也要叠加偏置电压,如下图
反向输入:
同向输入:
因为输出端叠加有直流偏置电压,需要加一个隔直电容虑除该直流分量。
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