使用單電源運放交流放大電路x
時間：2020-09-14 16:26:35 來源：勤學考試網 本文已影響 人 
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使用單電源的運放交流放大電路
在采用電容耦合的交流放大電路中，靜態時，當集成運放輸出端的直流電壓不為零時，由于輸出耦合電容的
隔直流作用，放大電路輸出的電壓仍為零。所以不需要集成運放滿足零輸入時零輸出的要求。因此，集成運放可以
采用單電源供電，其 -VEE 端接 " 地 "( 即直流電源負極 ) ，集成運放的 +Vcc 端接直流電源正極，這時，運放輸出端的電壓 V0 只能在 0～ +Vcc 之間變化。在單電源供電的運放交流放大電路中，為了不使放大后的交流信號產生失真，
靜態時，一般要將運放輸出端的電壓 V0 設置在 0 至 +Vcc 值的中間， 即 V0=+Vcc／ 2。這樣能夠得到較大的動態范圍；
動態時， V0 在 +Vcc／2 值的基礎上，上增至接近 +Vcc 值，下降至接近 0V，輸出電壓 uo 的幅值近似為 Vcc／ 2。
圖
請見原稿
1．2． 1 單電源同相輸入式交流放大電路
圖 3 是使用單電源的同相輸入式交流放大電路。 電源 Vcc 通過 R1 和 R2 分壓，使運放同相輸入端電位由于 C
隔直流，使 RF 引入直流全負反饋。所以，靜態時運放輸出端的電壓 V0=V-≈ V+=+Vcc／2； C 通交流，使 RF 引入交
流部分負反饋，是電壓串聯負反饋。放大電路的電壓增益為
放大電路的輸入電阻 Ri=R1／ R2／ rif ≈ R1／ R2，
放大電路的輸出電阻 R0=r0f ≈ 0。
1．2． 2 單電源反相輸入式交流放大電路
圖 4 是使用單電源的反相輸入式交流放大電路。電源 V cc 通過 R1 和 R 2 分壓，使運放同相輸入端電位
為了避免電源的紋波電壓對 V+電位的干擾， 可以在 R2 兩端并聯濾波電容 C3，消除
諧振；由于 C1 隔直流，使 RF引入直流全負反饋。所以，靜態時，運放輸出端的電壓 V0=V-≈ V+=+Vcc／ 2；C1 通交
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流，使 RF 引入交流部分負反饋，是電壓并聯負反饋。放大電路的電壓增益為 放大電路的輸入電
阻 Ri ≈ R，放大電路的輸出電阻 R0=r0f ≈0。
運放交流放大電路的設計
在設計單級運放交流放大電路時，
選擇能夠滿足使用要求的集成運算放大器。在采用電容耦合的交流放大電路中，由于電容隔直流，交流放大電路輸出的溫度漂移電壓很小。因此，對集成運放漂移性能的要求可以降低，主要從轉換速率、增益帶寬、噪聲等方面來考慮選用集成運放。對脈沖信號、寬頻帶交流信號和視頻信號等，應選用轉換速率較高、增益帶寬至少是最高工作頻率 10 倍的集成運放。對音質要求比較高的音頻交流放大電路中常采用高速低噪聲的集成運放，如雙運放的 4558、 NE5532等。
(2) 確定采用雙電源供電還是單電源供電。 在使用條件許可的情況下， 運放交流放大電路盡量采用雙電源供電方式，
以增大線性動態范圍。當集成運放雙電源使用時，正、負電源電壓一般要對稱。且電源電壓不要超過使用極限，電
源濾波要好。為了消除電源內阻引起的低頻自激，常常在正、負電源接線與地之間分別加 0．01～ 0．1 μ F 的電容
退耦。使用單電源供電時，運放同相輸入端電位要小于該運放的最大共模輸入電壓。
確定輸入信號是同相輸入還是反相輸入。若要求放大電路的輸入電阻比較大，應采用同相輸入式交流放
大電路。因為反相輸入式交流放大電路輸入電阻的提高會影響電壓增益。由圖
2 或圖 4 相關計算式可知，增大反相
輸入式交流放大電路輸入電阻時，該電路電壓增益將減小，且電壓增益也會受信號源內阻的影響。所以在設計反相
輸入式交流放大電路時， 有時輸入電阻和電壓增益的選擇難以兼顧。
而采用圖 1 或圖 3 同相輸入式交流放大電路時，
圖 1 中的 R1 偏置電阻值適當增大， 或者圖 3 中的 R1 和 R2 分壓電阻值適當增大， 就能夠提高放大電路的輸入電阻，
而對電壓增益無影響。另外，為了有效地提高圖
3 放大電路的輸入電阻，可以對電路做一些改進，改進電路如圖
5
所示。
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該放大電路輸入電阻 Ri ≈ R3，當 R3值 圖 5 見原稿選擇大時，放大電路輸入電阻 Ri 值就大。所以明顯地提
高了放大電路的輸入電阻。
(4) 確定交流放大電路電壓增益。單級運放交流放大電路的電壓增益 Au 通常不要超過 100 倍 (40dB) 。過高
的電壓增益不但會使放大電路的通帶下降，也容易感應高頻噪聲或產生自激振蕩。如果要得到一個放大倍數比較大
的放大器，可用兩級等增益的運放電路或者多級等增益的運放電路來實現。
確定交流放大電路中的電阻值。一般應用中阻值在1～ 100kΩ之間比較合適。高速的應用中阻值在100
Ω～ 1k Ω之間，但會增大電源的消耗。便攜設計中阻值在 1～ 10M Ω之間，但會增大系統噪聲。先設定圖中運放反
向輸入端 R電阻值，根據相關電路的電壓增益計算式，再估算出反饋電阻 RF的值。最好采用金屬膜電阻，以減小
內噪聲。
確定放大電路中的電容值。信號耦合電容的大小決定放大電路的低頻特性。根據交流放大電路信號頻率
的高低選擇耦合電容值。若放大的是低頻交流信號，如音頻信號，耦合電容值可選擇 1～ 22 μ F 之間；若放大的是
高頻交流信號，耦合電容值可選擇 1000pF～ 0．1 μ F 之間。同相輸入式交流放大電路引入直流全反饋的隔直流電
容值由 C=1／20π fR 式估算。式中 f 是輸入信號的最低頻率。音頻信號的最低頻率為 20Hz，當 R≥1k Ω時，經過
上式估算，選擇 C=100 μ F 時，已經能夠滿足要求。濾波電容值選擇 100～ 1000 μ F 之間。
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