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Part 01、前言

打開運(yùn)算放大器的規(guī)格書，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器的工作電源電壓范圍是正負(fù)電壓值，不像其他的IC一般都是正電壓供電，比如+3.3V或者+5V，那我們什么時(shí)候用單正電源給運(yùn)放供電呢？又什么時(shí)候用雙正負(fù)電源給運(yùn)放供電呢？同時(shí)運(yùn)放又分為普通運(yùn)放和軌至軌運(yùn)放，我們什么時(shí)候用普通運(yùn)放？什么時(shí)候用軌至軌運(yùn)放呢？接下來就詳細(xì)說明一下。

Part 02、單電源，雙電源供電怎么選？

我們以電壓跟隨器電路為例，輸出電壓等于輸入電壓。當(dāng)輸入電壓正向增加時(shí)，當(dāng)輸入電壓在接近但沒達(dá)到正電源的某個(gè)電壓值時(shí)，輸出電壓將無法隨著輸入電壓增加而增加。當(dāng)輸入電壓在接近但沒達(dá)到負(fù)電源的某個(gè)電壓值時(shí)，輸出電壓將無法隨著輸入電壓減小而減小。比如運(yùn)算放大器如果允許輸出在電源1V范圍內(nèi)擺動(dòng)，從而可以在±15V電源下輸出–14V至 +14V。

對(duì)于由單個(gè)+30V電源供電的電壓跟隨器電路而言。我們假定運(yùn)算放大器還是允許輸出在電源1V范圍內(nèi)擺動(dòng)，這意味著只要輸入距離運(yùn)算放大器任一電源端子不小于1V，輸出就能夠跟隨輸入變化。對(duì)應(yīng)電路的可用輸出范圍為+1V至+29V。

所以總結(jié)來說，如果你的輸入電壓既有正電壓值，又有負(fù)電壓值，那么就需要用雙電源（正負(fù)電源）為運(yùn)放供電。當(dāng)然還有一種解決方案是為輸入的正負(fù)電壓加一個(gè)偏置電壓把正負(fù)輸入電壓變?yōu)檎妷簛韺?shí)現(xiàn)用單電源供電的運(yùn)放采集正負(fù)輸入電壓的作用，比如下面的差動(dòng)放大電路，通過Ref偏置電壓把正負(fù)輸入電壓變?yōu)檎妷?，但是缺點(diǎn)也很明顯，就是當(dāng)輸入為0V時(shí)，輸出相對(duì)GND而言很難達(dá)到絕對(duì)的0V，比如是0.01V，如果Vout后面又接了一級(jí)放大電路，如果放大倍數(shù)是100倍，那0.01V就會(huì)被放大成1V。這影響可是災(zāi)難級(jí)的。

在+3.3V或+5V電源系統(tǒng)中，運(yùn)放單電源供電設(shè)計(jì)減少了電源管理復(fù)雜性和成本，因?yàn)樯倭艘粋€(gè)負(fù)電源，適合處理傳感器輸出在地電位（0V）以上的信號(hào)。

運(yùn)放雙電源供電設(shè)計(jì)輸出信號(hào)可以跨越正負(fù)電源電壓，輸入信號(hào)范圍通常更寬。對(duì)需要處理負(fù)信號(hào)的場(chǎng)景更為適合，在高精度和寬動(dòng)態(tài)范圍的應(yīng)用（比如儀器儀表電路）中使用，雙電源設(shè)計(jì)使運(yùn)放避免接近單電源供電的上下限，從而降低失真，在高速信號(hào)處理電路中，雙電源可以提供更大的帶寬和輸出擺幅。

Part 03、普通運(yùn)放，軌至軌運(yùn)放怎么選？

我們關(guān)注兩點(diǎn)即可，運(yùn)放的輸入電壓范圍和輸出電壓范圍是需求是怎么樣的？軌至軌運(yùn)放的輸入電壓可以等于甚至略微超出電源電壓軌（如0V和 +5V）。運(yùn)放的輸入級(jí)采用特定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如NPN和PNP雙極輸入對(duì)或 CMOS互補(bǔ)輸入對(duì)），以覆蓋整個(gè)供電范圍?？梢灾苯舆B接到傳感器輸出或其他與電源軌接近的信號(hào)源，無需額外的偏置或調(diào)整電路。

軌至軌輸出的輸出電壓可以接近電源電壓軌（通常距離軌電壓10mV 至 100mV）。運(yùn)放的輸出級(jí)通常采用共源極或共射極電路，以最大化輸出擺幅接近供電電壓。最大化信號(hào)擺幅，在低電源電壓下（如 3.3V 或 5V）仍能提供足夠的動(dòng)態(tài)范圍。

在單電源 +5V、+3.3V 或更低電壓的系統(tǒng)中，軌至軌特性充分利用有限的電源范圍。在需要高精度放大的應(yīng)用中，軌至軌特性避免信號(hào)失真，特別是在信號(hào)范圍接近電源軌時(shí)。但是需要注意雖然輸出接近電源軌，但仍有一定限制（如 10mV-100mV），可能需要后續(xù)級(jí)放大調(diào)整。某些軌至軌運(yùn)放為實(shí)現(xiàn)全擺幅特性可能犧牲帶寬或增益，需根據(jù)具體應(yīng)用選擇型號(hào)。軌至軌運(yùn)放的設(shè)計(jì)初衷是解決低電壓系統(tǒng)中信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍不足的問題，但是需權(quán)衡軌至軌特性與增益帶寬、輸入偏置電流等參數(shù)的相互影響。