运算放大器的差分接法与单电源供电应用

本文主要介绍了差分运放和运算放大器的相关知识，包括差分放大电路的工作原理、运算放大器的单电源供电方法以及相关的电路设计。 差分放大电路是运算放大器的一种常见应用，其核心是通过比较两个输入端的电压差来产生输出信号。在图3.8a.4所示的电路中，当反相输入端和同相输入端的电压差（U1 - U2）乘以增益系数时，输出电压得以确定。如果反馈电阻RF等于输入端电阻R1，这个电路就被称为减法电路，因为它输出的是两输入电压之差。差分放大器具有抑制共模干扰和提高信噪比的优点，广泛应用于信号处理领域。 大部分运算放大器需要双电源供电，即正负两个电源，但也有像LM358、LM324和CA3140这样的单电源运算放大器。这些器件不仅能在单电源条件下工作，也能适应双电源环境。例如，LM324可以在+5V至+12V的单电源下运行，或在+5V至±12V的双电源下工作。在处理交流信号时，可以通过电源偏置电路实现单电源供电，并通过耦合电容C1和C2进行交流耦合，确保低频响应和合适的输入阻抗或负载匹配。电路增益由反馈电阻RF与输入电阻R1的比例决定，静态直流电压则可以调整为电源电压的一半。 图2展示了一个单电源加法运算放大器的例子，输出电压Vo是所有输入电压的加权和，通过调整电阻值可以实现不同比例的加法功能。然而，单电源供电的运放通常会有较大的静态损耗，尤其是在无信号输入时。 思考题中的电路设计涉及了特定参数的计算。例如，图3所示的反相放大器，其增益为10，输入阻抗为10kΩ，低频响应约30Hz，驱动负载为1kΩ，要计算不失真输入电压的峰-峰值，需要考虑运算放大器的输入输出特性。而图5所示的单电源差分放大器，当输入为50Hz的交流电压V1=1V，V2=0.4V时，输出电压的计算则依赖于电路的具体配置和增益设置。 差分运放和运算放大器是电子工程中的基础元件，理解它们的工作原理和应用方式对于设计和分析电路至关重要。在实际应用中，应根据具体需求选择合适的供电方式和电路配置，同时考虑到信号质量、功耗和效率等因素。