单运放的浮动供电电路的进一步解释讲解

news/2024/9/23 13:16:18

       有时候需要运算放大器输出高一些的电压,或者输入高一些的电压,又或者输入输出都高一些。最简单的办法就是使用钞能力,只要钱给够,加上允许的时间够长,那么总可以买到甚至定制到合适的运算放大器。如果使用数量不多,也可以自己搭建分立元件的运算放大器,达到需求的功能。这里讲的则是更常见的折中方法,就是运算放大器加上分立元件,实现“电压扩展”。而本随笔则重点讲一下运算放大器的“浮动供电”。

       电压扩展最容易的就是扩展输出电压范围,在运算放大器的外围,增加一级电压放大电路即可。但是本随笔要讲的是运算放大器的浮动供电,那么就不使用”常规“的放大,改成使用运算放大器浮动供电,仿真电路如下图所示。VCC和VEE之间的相对电压不变,保证运算放大器可以正常工作。以往运算放大器供电是相对”参考地“是不动的,而现在运算放大器供电是”滑动的“。

        为了进一步理解”滑动“,或者说电压浮动,假设有下面一个机械装置,宽2米,高60米。在高30米的位置设置一个参考点,固定一个杠杆,这样有一个定点。然后横向各1米(比例与电阻比例相同,电阻是2个1kΩ)的位置,固定一个滑杆,滑杆上套上一个可移动的圆环(运算放大器)。将杠杆在圆环上固定,这样就有一个动支点。同时,外部有一个横杆也固定到圆环上,可以控制圆环上下移动。如果在上下各15米处设置一个挡板(稳压管),这样就保证控制输入不会超过±15米的范围。杠杆另外一个动点,则变为输出。这样,输入移动1米,输出就会移动2米,这个可以用相似三角形来证明。这样,输入±15米,输出范围就是±30米。

       如果这个结构是一个水桶,圆环换成一个浮子,输入是控制水面高度,输出还是杠杆的动端相对固定参考点的移动位置,那么是不是可以更形象的理解”浮动“。因为我的画图技术不好,这里就不再献丑。

       虽然一直说浮动供电,但是,实际浮动的不是供电,而是运算放大器在电源轨之间浮动。运算放大器没有GND这个引脚,一般只有5个引脚,VCC,VEE,IN+,IN-和OUT,是不是没有GND。

 

 

       输入输出电压范围同时需要扩展,比如高压缓冲器。如下图所示。如果说前面的电路,尚且有一个固定的支点,可以控制浮动的放大倍数,缓冲器则取消了这个固定支点,完全浮动了,实现“水涨船高”的效果。

上面的电路重新画一下,更容易理解“浮动”。运算放大器在电源轨上浮动,输入多少,输出就多少。实现了缓冲器。

 来个更复杂的电路,这里就不仿真了,带上原文的图号。这个电路来自《The Art of Electronics》。

 浮动供电的参考点可以在运放的输入,也可以在输出侧,这种是自动控制浮动,那么是否可以不自动呢?那一定是可以的,也可以由其他输入控制。就像当前的水池灌水的题目一样,入水口可能不止一个,只要“浮子”能正常工作,谁控制浮动就无所谓了。

参考吉时利的Model 236的电路做一点简化,则可以得到一个浮动位置由偏置电压控制的浮动供电电路。

             为了更清晰的演示浮动供电,在绘制电路的时候,将电源的连接线完整的画了出来。上面的电路也可以改画一下。重画之后,整体看这个电路,利用运算放大器的虚短,直接可以看出输出等于输入。而外围的那一圈电路,只是构造了前面讲的“滑杆的支架”。而且,注意看,这个支架和第一个电路是相似的。

  

 

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