运算放大器单电源供电和双电源供电

一、发展历史：

1、出于保障信号放大线性度的要求，最开始运放都是双电源供电，一个正电源一个负电源且绝对值相同；

2、后来为了应变便携设备低功耗的需求，不少厂家就推出了单电源供电的运放来适应这种减少电源个数降低电源电压的节能需求，原有的双电源供电功能仍然保留；（示例一二三）

3、近年来，有出现了纯粹的单电源供电（不能使用双电源）的运算放大器。（比较少，需要找）

4、双电源运放，只能用双电源

总结：单的都能用双的，双的用单的会有问题

示例一，单电源运放=两种供电方式（单电源、双电源）都可以

示例二、单电源运放=两种供电方式（单电源、双电源）都可以

如下示例三单电源运放=两种供电方式（单电源、双电源）都可以

运放作为模拟电路的主要器件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种，而选择何种供电方式，是初学者的困惑之处，本人也因此做了详细的实验，在此对这个问题作一些总结。
首先，运放分为单电源运放和双电源运放，在运放的datasheet上，

如果电源电压写的是（＋3V-＋30V）/（±1.5V-±15V）如324，则这个运放就是单电源运放，既能够单电源供电，也能够双电源供电；

如果电源电压是（±1.5V-±15V）如741，则这个运放就是双电源运放，仅能采用双电源供电。

但是，在实际应用中，这两种运放都能采用单电源、双电源的供电模式。

具体使用方式如下：
1：在放大直流信号时，

如果采用双电源运放，则最好选择正负双电源供电，否则输入信号幅度较小时，可能无法正常工作；

如果采用单电源运放，则单电源供电或双电源供电都可以正常工作；
2：在放大交流信号时，

无论是单电源运放还是双电源运放，采用正负双电源供电都可以正常工作；
3：在放大交流信号时，

无论是单电源运放还是双电源运放，简单的采用单电源供电都无法正常工作。对于单电源运放，表现为无法对信号的负半周放大，而双电源运放无法正常工作？。要采用单电源，就需要所谓的“偏置”。而偏置的结果是把供电所采用的单电源相对的变成“双电源”。具体电路如图：首先，采用耦合电容将运放电路和其他电路直流隔离，防止各部分直流电位的相互影响。然后在输入点上加上Vcc/2的直流电压，分析一下各点的电位，Vcc是Vcc,in是Vcc/2,－Vcc是GND,

然后把各点的电位减去Vcc/2，便成了Vcc是Vcc/2,in是0,－Vcc是－Vcc/2,相当于是“双电源”！！在正式的双电源供电中，输入端的电位相对于输入信号电压是0，动态电压是Vcc是＋Vcc,in是0＋Vin,－Vcc是-VCC，而偏置后的单电源供电是Vcc是＋Vcc,in是Vcc/2+Vin,－Vcc是GND,相当于Vcc是Vcc/2,in是0+Vin,－Vcc是－Vcc/2,与双电源供电相同，只是电压范围只有双电源的一半，输出电压幅度相应会比较小。当然，这里面之所以可以相对的分析电位，是因为有了耦合电容的隔直作用，而电位本身就是一个相对的概念。

二、什么是单电源运放，什么是双电源运放？

从本质上讲，运放并无单双电源之分，只有你设计的放大电路有单双电源之分。
一般大家所谓的单电源就是以地为参考，例如，0V～+5V，那么负电源轨是0V，正电源轨是+5V；-5V～0V，那么负电源轨是-5V，正电源轨是0V。那么，顾名思义-5V～+5V就是双电源了。
对于运放，无论它是采用双电源的供电方式，还是采用单电源的供电方式。主要是在设计电路时，根据输入信号的特性看看运放所采用的供电方式能不能使信号正常的被放大输出。这就要求设计者阅读运放的数据手册，看看它的输出电压范围有多大。例如，采用0V～+5V的单电源供电方式的同相放大器，如下图一所示。

在这里插入图片描述

图一，同相放大电路
如果，你的输入信号为正电压的直流信号，在放大倍数没有使输出饱和的情况下，运放电路可以正常工作。

但是，如果你的输入信号是负电压的直流信号，因为采用0V～+5V的单电源供电方式，没有负电源的原因，使运放也没有输出负电压的这个能力啊，所以此电路无论如何也是工作不了啊！你说是不是？

同理，如果输入信号是过零点的交流信号，负电压的半周，在此电路里也同样是无法输出的啊。

要想负半周能输出，那么就需要提供一个正的直流偏置电压，也叫虚地。一般取Vcc/2 = 2.5V。
以上，我是针对同相放大电路举例说明的，同理，反相放大电路、差分放大电路、同相加法电路、反相加法电路也是一样的。总之一句话，在设计放大电路时，作为设计者的你需要考虑你设计的放大电路对于你的输入信号，运放有没有能力根据你的供电方式来输出相应的信号。如果有能力，那么是采用单电源还是双电源都是无所谓的。
最后总结一下，并非所有的运放都是单电源运放，但是所有的运放都是既可以工作于单电源，也可以工作于双电源。因为，运算放大器没有地引脚，因此无法区别 +10V、±5V或+7V/–3V；只需要注意输入电压范围和输出的动态范围等参数。

补充：工作电源电压范围是±3V~±18V；OP07完全可以用单电源供电，你说的＋5V-5V绝对没有问题，用单＋5V也可以供电，但是线性区间太小，单电源供电，模拟地在1/2VCC.建议电源最好>8V，否则线性区实在太小，放大倍数无法做大，一不小心，就充顶饱和了。我一直用+12V，-12V双电源供电。
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三、单电源运放与双电源运放有什么区别？

运放作为模拟电路的主要器件之一，在供电方式上有单电源和双电源两种运放分为单电源运放和双电源运放，在运放的datasheet上，如果电源电压写的是（＋3V-＋30V/（±1.5V-±15V））如324，则这个运放就是单电源运放，既能够单电源供电，也能够双电源供电；如果电源电压是（±1.5V-±15V）如741，则这个运放就是双电源运放，仅能采用双电源供电。

优缺点比较：双电源的总动态范围、输出电压/电流、精度、负载抗干扰性优于单电源运放单电源的输入输出电压范围相比供电电源电压来说更大。

应用区别

a）供电电压的区别

b）单电源供电的同向输入放大器要求输入电压不能为负

同相输入放大电路

c）单电源供电的反向输入放大器要求输入电压不能为正

反相输入放大电路

d）单电源供电的运放要放大交流信号必须提供合适的偏置电压

作者：Professor 德
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四、我的信号是双极性的信号，能不能直接输入到单电源供电的ADC？

答案：首先，我们要先对我们的输入信号有准确的理解。一般在差分输入的情况下，会造成误解。对于差分信号来讲，所谓的双极性是指的相对双极性，还是针对于地的绝对双极性信号？数据手册上对于差分情况下的双极性输入范围的定义，如+/-20mV, +/-80mV, +/-1.25V或者+/-2.5V的输入信号范围，是指的差分信号的差值，也就是说差分信号的正端AIN+与负端AIN-的差可以是正的，也可以是负的，但是这对差分信号的对地绝对电压值不一定是负的。

举个例子，差分信号正端AIN+的输入范围是1V到3V，差分信号负端AIN-的输入信号范围是3V到1V，那么差分输入信号的范围是－2V到2V。可以看到，差分信号的范围是-2V到2V的双极性信号，但它们各自的绝对电平都是正的。所以在输入ADC前一定要知道差分输入信号的绝对电压和差值。那么单电源供电的ADC能不能处理绝对电压是负的信号呢？

这取决于你有没有使能内部的缓冲器。如果没有使能ADC内部的缓冲器，ADC的输入可以是负的，可以到-30mV。如果使能了内部缓冲器，那么输入的模拟信号一定是正的，并且要大于某一电压，具体输入范围，请参见数据手册。所以，一旦使用了内部缓冲器，请一定注意输入信号的对地的绝对电压值的范围。

但是对于AD7732/4，这两颗芯片的模拟输入有特殊处理，可以处理双极性的输入信号。

ADI的有些ADC可以双电源供电，AD7710， AD7711和AD7712，在双电源供电情况下，可以输入双极性信号。

什么是单端信号，什么是全差分，什么是伪差分？

答案：单端信号对于ADC来说只有一个输入端，它的参考端是ADC的地。对于单端信号来讲，它的缺点是信号的偏移误差和噪声会影响ADC的输入动态范围。全差分是一对独立的信号，ADC转换的是这对信号的差值，它们的共模信号则被抑制掉。这对信号的共模电压可以处于ADC输入信号范围内的任何电压。差分信号会具有两倍单端信号的摆幅，同时差分信号能够抑制共模噪声，所以可以得到更高的信噪比。

伪差分与差分信号类似，伪差分信号也是一对信号，但它的参考端或负端是一个直流电平，用来去除正端信号中的直流成分。

五、下图示出了各种信号的典型波形。

ADI的SIGMA-DELTA ADC的输出码的格式是什么？

答案：当ADC的输入设为单极性输入时，ADC的输出码是直接二进制形式。以16位ADC为例，当输入为0V时，输出码是0x0000；当输入是一半量程时，输出码为0x8000；当输入为满量程时，输出为0xFFFF。

如果ADC的输入是双极性的，那么ADC的输出码为偏移二进制形式，以16位ADC为例，当输入为负的满量程，输出码为0x0000；当输入为0V，输出码为0x8000；当输入为正的满量程，输出为0xFFFF。

六、单电源运放和双电源运放

单电源运放和双电源运放有啥区别？这篇文章讲透了_输出

七、关于差分放大器双电源改单电源问题的讨论

关于差分放大器双电源改单电源问题的讨论（AD628）_dingzj2000的专栏-CSDN博客

八、运放是否可以单电源供电？

运放是否可以单电源供电？ - 知乎

这是很多人的疑问，经常被问到。放大器有两个供电管脚+V和-V, 分别为正电源管脚和负电源管脚。单电源供电时，+V为正电源，-V为地。所有的放大器都可以单电源或是双电源供电，最主要的区别是单/双电源供电时的输入信号和输出信号范围不同。参照ADI官方网站上的放大器选型表，见下图：

如果希望单电源供电时，输入范围可以到0V，那么需要选择Rail to Rail红框中”选定值”下面的In to V-。当然双电源供电时，意外着输入范围可以到负电源轨。
如果希望单电源供电时，输入范围可以是0V~+V，那么需要选择红框中”选定值”下面的Both，也就是我们常说的轨到轨输入。选择Both之后，输出也是轨到轨输出。
如果红框中”选定值”下面选择了Output，那么此时只有输出是轨到轨，输入不是。
红框中”选定值”下面还有一个选项是In to V+，意思是输入范围可以到正电源轨。

这四种选项代表了不同应用对放大器输入输出信号范围的不同需求。

在芯片资料里，有时会出现下图所示的“Single Supply”字样，这表示这颗器件在单电源供电时，输入范围最低可以到0V，与上面所说的“In to V-”是一个意思。一般把这种放大器叫单电源放大器。有句话说的好，不是所有的放大器都是单电源放大器，但所有的放大器都可以单电源供电工作。

单电源供电时，为了使电路能调理正负信号，放大器输入需要加入偏置电压。偏置电压如果由电源经过电阻分压来产生，需要小心。下左图为同相放大电路，右图为反相放大电路，直流偏置电路在同相输入端，由+Vs通过两个100kΩ电阻得到Vs/2的直流偏置电压。注意这里C2的取值，如果C2为0.1uF, 那么截止频率为32Hz(1/(6.28*50k*0.1u)=32Hz), 电源及电阻的噪声会被该低通滤波器滤除。大多情况下，建议使用更大的电容，比如10uF, 截止频率为0.3Hz从而滤除更多的噪声，使得直流偏置电压信号更干净。但更大的电容意外着上电后，输出需要更长的时间来稳定到Vs/2。