26單電源放大電路的直流偏置以及隔直電容接法若干問題3.0

1、10K+I2VViUlA,V。單電源放大電路的直流偏置以及隔直電容接法若干問題運(yùn)算放大器的理想模型有：1、輸出電壓的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓。2、運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高。3、若輸出電壓未達(dá)到飽和極限，則差分輸入電壓必趨近于0值4、輸入電阻近似為無窮大。5、輸出電阻近似為0。Rn_LIKGNDGND由以上結(jié)論推知，當(dāng)運(yùn)算放大器處于上圖狀態(tài)時(shí)，輸出電壓的飽和極限值為0V或12V。而輸入信號(hào)為正弦電壓信號(hào)時(shí)，是以0V為基準(zhǔn)電壓波動(dòng)的，由于極限值的限制使得正弦波的小于0V的半波形無法得到放大，所以為了解決這個(gè)問題，我們就需要給輸入加上一個(gè)直流偏置，即下圖中的R1、R2。R1、R2分壓給同相端提供了

2、直流的偏置電壓，使得輸入信號(hào)放大后的輸出信號(hào)不失真的動(dòng)態(tài)范圍變得更大，最好情況是取輸入的直流偏置為電源電壓的一半時(shí)，動(dòng)態(tài)范圍最大，即0V12V。但是細(xì)心的同學(xué)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，如果依照上圖來計(jì)算直流電壓的話，輸入為R匕=VCC=6V1R1+R2CC由運(yùn)算放大器的特性可知，負(fù)相端同樣為6V,那么Vo-Vn_Vn-0RfRn得到Vo=66V這個(gè)結(jié)果顯然是無法實(shí)現(xiàn)的，Vo將會(huì)受限而等于電源電壓，因此這會(huì)造成輸出電壓信號(hào)波形的失真，為了保證輸出電壓的信號(hào)的放大，同時(shí)保證輸出直流偏置取得較為合適，也就是說，為了使輸出端只放大輸入的電壓信號(hào)，而不放大直流偏置電壓，于是在運(yùn)算放大器的負(fù)相端加一個(gè)電容，得下圖。畫上圖

3、的直流通路得由于同相放大器的虛短虛斷可以得到Vp=Vn，In=0V由于Rf上沒有電流，也就沒有壓降，所以有Vo=Vi對(duì)直流偏置電壓而言運(yùn)放相當(dāng)于一個(gè)電壓跟隨器。對(duì)交流電壓信號(hào)而言，電容相當(dāng)于短路，運(yùn)放相當(dāng)于一個(gè)放大器。當(dāng)運(yùn)放驅(qū)動(dòng)小阻值負(fù)載時(shí)，如下圖所示，電路能否正常工作呢？由前面可知，運(yùn)放加上直流偏置電壓時(shí)，即當(dāng)直流偏置等于VCC/2時(shí)使得輸入信號(hào)放大后的輸出信號(hào)不失真動(dòng)態(tài)范圍最大，即012V,但此時(shí)運(yùn)放輸出端直流電壓同樣為6V。也就是，靜態(tài)時(shí)，加在R4串聯(lián)R6兩端的電壓為6V，此時(shí)，兩電阻消耗掉的功率為：P=U2/R=36/(50+50)=0.36W則單個(gè)電阻發(fā)熱功率為：P=P=0.36/2

4、=0.18W，而我們一般采用的電阻的額定功率R4R6為0.25W,此時(shí)的負(fù)載上的實(shí)際功率略小于額定功率，電阻會(huì)發(fā)燙，時(shí)間久了則易損壞運(yùn)放和電阻。在運(yùn)放輸出端加一個(gè)電容即可解決此類問題，如下圖所示：經(jīng)過電容隔直后負(fù)載便可以正常工作。那么，這個(gè)電路就可以輸出我們想要得到的信號(hào)了嗎？我們還應(yīng)該在Vi的輸入口加一個(gè)反向的極性電容C2，如下圖所示:因函數(shù)發(fā)生器輸出阻抗一般為50Q,也就是說，當(dāng)將函數(shù)發(fā)生器接到電路的輸入端時(shí)，相當(dāng)于電路串聯(lián)一個(gè)50Q的電阻，如下圖所示：Vo所以，信號(hào)輸入時(shí)就相當(dāng)于并聯(lián)了一個(gè)50Q的電阻在偏置電阻R2兩端，我們?nèi)菀字?，此時(shí)運(yùn)放的同相輸入端電壓節(jié)點(diǎn)近似于0V,那么電路就回到了沒有加偏置的狀態(tài)，輸出電壓的飽和極限值依然是0V、12V。以正弦電壓信號(hào)輸入為例，輸出波形是以0V為基準(zhǔn)電壓波動(dòng)的，極限值的限制使得正弦波的小于0V的半波形無法得到放大，理論上得到的波形就為下半部分截止的半波。需注意的是電容C2不能接反，因?yàn)楫?dāng)C2接反，即電容正極接輸入信號(hào)，負(fù)極接運(yùn)放正輸入端時(shí)，對(duì)于偏置電壓來說，相當(dāng)于接入一個(gè)阻值非常大的電阻，此等效電阻與R2并聯(lián)，使此處阻值略小于10K,經(jīng)過電阻分壓，運(yùn)放輸入端靜態(tài)電壓處于06V間的不定值，此時(shí)，跟隨輸出的直流也處于06V之間。