单电源放大器-听起来很简单…果真如此吗？

问题:

采用单电源为轨到轨运算放大器供电似乎是个双赢组合，但会有哪些不足？

答案:

单电源和轨对轨输出是很优秀的组合，但少数参数仍需要重新调整。这个问题没有明确说明您提到的是单电源放大器（一类特殊的放大器）还是利用单电源驱动传统运算放大器；因此，对这两种情况，我们都将进行讨论。

根据定义，真正的“单电源”运算放大器采用一个电源供电，放大器的输入共模电压范围包括负电源轨。值得注意的是，即使放大器的输入可以达到负轨或比负轨还低，但这并不表示放大器的输出也能够这样。当我们讨论轨对轨输出时，将更详细地进行说明。

任何放大器都可以采用单电源供电。运算放大器没有接地引脚，采用双极性电源供电与采用单电源供电是一样的。不过，在这种配置中运行放大器时需要额外的偏置电路。因此，放大器的性能可能会在以下方面受到些许影响：较低的带宽、较低的电源抑制（PSR），以及较高的噪声。

“轨对轨输出”这个术语实际上不太准确。虽然放大器输出可以接近电源 轨，但却决不会达到电源轨。在双极性放大器中，轨对轨输出级通常是共发射极；因此，输出与电源轨之间的最小差距是晶体管饱和压降Vcesat。 Vcesat的值取决于放大器提供的负载电流。对低电流来说，输出与电源轨的差距可能为数十毫伏。对较高的电流来说，Vcesat可能接近0.5V或更 高。目前，某些新型放大器能够利用片上电荷泵补偿Vcesat压降，使输出摆幅尽可能接近电源轨。

利用示波器进行测量时，接近电源轨的放大器输出摆幅可能显得没有问题， 但网络分析仪能够揭示出不同的结果。随着输出摆幅更靠近电源轨，输出晶体管将不再工作在线性区，从而导致失真。失真可能发生在距离电源轨数百毫伏的地方。 因此，如果可能，应当尽量为电源轨设计一些额外的裕量，这将有助于改善放大器的失真性能。

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