詳解單電源運(yùn)放和雙電源運(yùn)放的區(qū)別

一、供電方式

單電源運(yùn)放(Single-Supply Amplifier)的電源只有一個(gè)，通常是正電源。而雙電源運(yùn)放(Dual-Supply Amplifier)則需要正、負(fù)兩個(gè)電源作為輸入。由于單電源運(yùn)放只有正電源，因此運(yùn)算的信號(hào)必須有一個(gè)偏移電壓才能正常工作。這個(gè)偏移電壓可以是信號(hào)源中的直流分量，也可以是外接電路提供的偏移電壓。

二、輸出波形

單電源運(yùn)放的輸出波形通常會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“偏移”，也就是信號(hào)在負(fù)半周的時(shí)候會(huì)有一個(gè)虛假的零點(diǎn)。這是由于單電源運(yùn)放的電源只有一個(gè)正電源，無法處理負(fù)信號(hào)。而雙電源運(yùn)放則沒有這個(gè)問題，因?yàn)樗鼡碛姓⒇?fù)兩個(gè)電源，在輸入信號(hào)有正負(fù)時(shí)，輸出波形都可以達(dá)到完整的正弦波。

三、適用場景

單電源運(yùn)放適用于電源條件相對(duì)較為困難的場合，如在低電壓電源下的電路設(shè)計(jì)、電源噪聲比較大的環(huán)境、大量使用運(yùn)放的電路等。同時(shí)，由于單電源運(yùn)放具有低功耗、低噪聲和低成本等優(yōu)點(diǎn)，在便攜電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。

而雙電源運(yùn)放則適用于需要輸出信號(hào)存在負(fù)極性時(shí)的場合，如驅(qū)動(dòng)電源對(duì)稱的音頻放大器、需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行比較和放大的模擬電路等。由于雙電源運(yùn)放輸出波形完整，信號(hào)處理準(zhǔn)確度較高，因此在一些對(duì)信號(hào)處理精度要求較高、價(jià)格不是主要考慮因素的場合中得到廣泛應(yīng)用。

常見的雙電源運(yùn)放輸出范圍上限低于正電源約2伏特，上限高于負(fù)電源約2伏特。例如常見的741運(yùn)放，如果用正負(fù)12伏雙電源，則其輸出電壓范圍為9、5伏至10、5伏。

單電源運(yùn)放輸入電壓及輸出范圍可以接近于直流地。如單電源4運(yùn)放LM324，輸出范圍為0至1、5伏。

運(yùn)放理論上并不分單或雙電源。只要正負(fù)電源之和不超過單電源數(shù)值，實(shí)際上單電源運(yùn)放可以做雙電源使用。只要不要求輸入電壓及輸出電壓接近于零電壓，實(shí)際上雙電源運(yùn)放也可以做單電源使用。

1、輸出電壓范圍不同

雙電源運(yùn)放的輸出電壓范圍可以跨越零位達(dá)到正負(fù)電壓輸出，而單電源運(yùn)放則不行。實(shí)際上絕大數(shù)運(yùn)放都是既可以單電源工作也可以雙電源工作，只要電源電壓在合適的范圍內(nèi)就可以。例如LM324，既可以在32V以內(nèi)的單電源下工作，也可以在±16V范圍內(nèi)雙電源下工作，而且正負(fù)電源電壓不一定對(duì)稱，在+20V、-10V雙電源下工作也是可以的，只要正負(fù)電源的電壓差不超出32V即可。

2、安全性

在設(shè)計(jì)單電源電路時(shí)需要比雙電源電路更加小心，通常單電源供電的電壓一般是5V，這時(shí)運(yùn)放的輸出電壓擺幅會(huì)更低。另外現(xiàn)在運(yùn)放的供電電壓也可以是3V 也或者會(huì)更低。出于這個(gè)原因在單電源供電的電路中使用的運(yùn)放基本上都是Rail-To-Rail 的運(yùn)放，這樣就消除了丟失的動(dòng)態(tài)范圍。

輸入和輸出不一定都能夠承受Rail-To-Rail 的電壓。雖然器件被指明是軌至軌(Rail-To-Rail)的，如果運(yùn)放的輸出或者輸入不支持軌至軌，接近輸入或者接近輸出電壓極限的電壓可能會(huì)使運(yùn)放的功能退化，所以需要仔細(xì)的參考數(shù)據(jù)手冊(cè)是否輸入和輸出是否都是軌至軌。這樣才能保證系統(tǒng)的功能不會(huì)退化，這是設(shè)計(jì)者的義務(wù)。

擴(kuò)展資料：

使用說明

正確選擇集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。在由運(yùn)算放大器組成的各種系統(tǒng)中,由于應(yīng)用要求不一樣,對(duì)運(yùn)算放大器的性能要求也不一樣。在沒有特殊要求的場合,盡量選用通用型集成運(yùn)放,這樣既可降低成本,又容易保證貨源。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)中使用多個(gè)運(yùn)放時(shí),盡可能選用多運(yùn)放集成電路,例如LM324、LF347等都是將四個(gè)運(yùn)放封裝在一起的集成電路。

評(píng)價(jià)集成運(yùn)放性能的優(yōu)劣,應(yīng)看其綜合性能。一般用優(yōu)值系數(shù)K來衡量集成運(yùn)放的優(yōu)良程度,其定義為：式中,SR為轉(zhuǎn)換率,單位為V/ms,其值越大,表明運(yùn)放的交流特性越好;Iib為運(yùn)放的輸入偏置電流,單位是nA;VOS為輸入失調(diào)電壓,單位是mV。Iib和VOS值越小,表明運(yùn)放的直流特性越好。所以,對(duì)于放大音頻、視頻等交流信號(hào)的電路,選SR(轉(zhuǎn)換速率)大的運(yùn)放比較合適;對(duì)于處理微弱的直流信號(hào)的電路,選用精度比較的高的運(yùn)放比較合適(既失調(diào)電流、失調(diào)電壓及溫飄均比較小)。

實(shí)際選擇集成運(yùn)放時(shí),除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外,還應(yīng)考慮其他因素。例如信號(hào)源的性質(zhì),是電壓源還是電流源;負(fù)載的性質(zhì),集成運(yùn)放輸出電壓和電流的是否滿足要求;環(huán)境條件,集成運(yùn)放允許工作范圍、工作電壓范圍、功耗與體積等因素是否滿足要求。

使用要點(diǎn)

1、集成運(yùn)放的電源供給方式

集成運(yùn)放有兩個(gè)電源接線端+VCC和-VEE,但有不同的電源供給方式。對(duì)于不同的電源供給方式,對(duì)輸入信號(hào)的要求是不同的。

2、對(duì)稱雙電源供電方式

運(yùn)算放大器多采用這種方式供電。相對(duì)于公共端(地)的正電源(+E)與負(fù)電源(-E)分別接于運(yùn)放的+VCC和-VEE管腳上。在這種方式下,可把信號(hào)源直接接到運(yùn)放的輸入腳上,而輸出電壓的振幅可達(dá)正負(fù)對(duì)稱電源電壓。

單電源供電方式

單電源供電是將運(yùn)放的-VEE管腳連接到地上。此時(shí)為了保證運(yùn)放內(nèi)部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn),在運(yùn)放輸入端一定要加入一直流電位,如圖3.2.1所示。此時(shí)運(yùn)放的輸出是在某一直流電位基礎(chǔ)上隨輸入信號(hào)變化。對(duì)于圖3.2.1交流放大器,靜態(tài)時(shí),運(yùn)算放大器的輸出電壓近似為VCC/2,為了隔離掉輸出中的直流成分接入電容C3。