Как преобразовать схему с двойным источником питания в схему с одним источником питания
1.1 Источник питания и одиночный источник питания
Все операционные усилители имеют два контакта питания, которые в документации обычно обозначаются как VCC+ и VCC-, но иногда их метки — VCC+ и GND. Это связано с тем, что некоторые авторы руководств по данным пытаются различить разницу в маркировке между операционными усилителями одинарной мощности и операционными усилителями двойной мощности. Однако это не означает, что они должны использовать его именно так — они могут работать и при других напряжениях. Если операционный усилитель не питается от напряжения по умолчанию, необходимо обратиться к руководству по эксплуатации операционного усилителя, особенно к инструкциям по абсолютному максимальному напряжению питания и размаху напряжения.
Подавляющее большинство разработчиков аналоговых схем знают, как использовать операционные усилители в условиях двойного напряжения питания, например, в схеме слева на рисунке 1, где двойной источник питания состоит из положительного источника питания и отрицательного источника питания с одинаковым напряжением. Как правило, это положительное или отрицательное напряжение 15 В, положительное или отрицательное напряжение 12 В и положительное или отрицательное напряжение 5 В, которые также часто используются. Входное и выходное напряжение задаются опорной землей, включая максимальную амплитуду качания Vom положительного и отрицательного напряжения и максимальную амплитуду выходного качания.
Вывод питания операционного усилителя в единой цепи питания соединен с плюсом источника питания и землей. Подключите положительный контакт питания к VCC+ или подключите заземление или контакт VCC- к GND. Разделите положительное напряжение пополам и подключите его как виртуальную землю к входному выводу операционного усилителя. В это время выходное напряжение операционного усилителя также является напряжением виртуальной земли. Выходное напряжение операционного усилителя сосредоточено вокруг виртуальной земли, а амплитуда находится в пределах Vom. Некоторые новые операционные усилители имеют два разных максимального и минимального выходного напряжения. В руководстве по эксплуатации операционного усилителя этого типа конкретно указаны Voh и Vol. Следует отметить, что многие проектировщики случайно используют виртуальную землю для обозначения входного и выходного напряжения. Однако в большинстве приложений вход и выход основаны на заземлении опорного источника питания, поэтому разработчикам приходится добавлять изолирующие конденсаторы постоянного тока на входе и выходе, чтобы изолировать напряжение постоянного тока между виртуальной землей и землей.
Обычно напряжение, подаваемое одним источником питания, составляет 5 В, а размах выходного напряжения операционного усилителя будет ниже. Кроме того, текущее напряжение питания операционного усилителя также может составлять 3В и даже ниже. По этой причине операционные усилители, используемые в одиночных схемах питания, в основном представляют собой операционные усилители Rail To Rail, что исключает потерю динамического диапазона. Следует отметить, что как вход, так и выход могут не выдержать напряжение Rail To Rail. Хотя устройство указано как Rail to Rail, если выход или вход операционного усилителя не поддерживает Rail to Rail, напряжение, приближающееся к пределу входного или выходного напряжения, может ухудшить функциональность операционного усилителя. Поэтому необходимо внимательно обращаться к руководству по данным, чтобы убедиться, что как вход, так и выход являются Rail-to-Rail. Обязанностью проектировщика является обеспечение того, чтобы функциональность системы не ухудшалась.
