單電源運放為什么需要加偏置,如何加偏置?
1、運放差分輸入端可以看做是一個鏡像的電流源,如下圖:
如果使用單電源供電時,也就是IS1的最終流向是地,如果輸入信號是交流信號,那么負半軸的信號并不能讓輸入端的Q1/Q2處于線性工作狀態(tài),會出現(xiàn)嚴重的放大失真。
2、通過在差分輸入端加入偏置電壓可以有效解決該問題。通常偏置最好是Vcc/2,而且為了更好的放大,偏置最好用電源產(chǎn)生,不要使用電阻分壓。電阻分壓會對放大有影響,對輸入信號阻抗也會產(chǎn)生影響。
運放的特點是輸出幅值不能超過電源電壓的壓差,對于傳統(tǒng)單電源運放,如LM358,輸出電壓幅值不能達到電源電壓上下限。
單電源運放工作時只能放大對地為正(同向輸入)或為負(反向輸入)的直流電壓,若輸入為對地的交流信號時,則只能放大正半波或負半波,另一半波會因為截止而產(chǎn)生嚴重失真。
為了得到不失真的交流放大信號,需要在輸入端疊加一個偏置電壓,一般為1/2 VCC。
若在運放的一端輸入對地偏置1/2 VCC的信號,另一端接地,則在反向輸入的情況下:理論輸出為負,但在此情況下單電源運放的下限接近0V,因此輸出電壓也接近0V,嚴重失真;
在正向輸入的情況下:1/2 VCC的偏置電壓也被放大,疊加上交流放大信號后很容易超過電源電壓,而該部分將不被放大,導(dǎo)致信號嚴重失真,此種情況下,交流信號不能獲得有效的放大倍數(shù)。
因此,在實際中,放大信號一端疊加偏置電壓后,另一端也要疊加偏置電壓,如下圖
反向輸入:
同向輸入:
因為輸出端疊加有直流偏置電壓,需要加一個隔直電容慮除該直流分量。
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