在論壇上看到不少關于運放單電源供電問題的討論，本文就此提供一些參考意見。

大部分運放都采用正負對稱的雙電源供電,，也有部分運放在其數(shù)據(jù)手冊中說明是單電源供電,。由于這個原因，一些設計者在遇到整個系統(tǒng)只有一個電源的情況下,，就開始尋求單電源運放,。

但是，運放的單電源供電是一個偽命題,。

先看一個典型的“單電源運放”LM358,，圖1是這個運放的幾個極限參數(shù)。

圖1 單電源運放LM358的幾個極限參數(shù)

由圖1可知,，LM358的供電電源可以是單電源,，也可以是雙電源。單電源的話其最高電源電壓是+32V,，雙電源的話則是正負16V,。

注意圖中最后一行：輸入共模電壓范圍。

我們知道,，由于運放作為放大器工作時總是處于深度負反饋狀態(tài),，其兩個輸入端的電位基本上是相同的，所以輸入共模電壓范圍實際上就是運放的輸入信號動態(tài)范圍,。這個運放的輸入動態(tài)范圍從-0.3V到32V,，這個范圍是針對單電源應用而言的，也就是說輸入電壓范圍比整個電源電壓范圍還要略大一些,。

作為比較,，我們再看一個典型的雙電源運放LF356，圖2是它的幾個極限參數(shù),。

圖2 雙電源運放LF356的幾個極限參數(shù)

這個運放的參數(shù)表直接給出了輸入電壓范圍：在電壓電壓等于正負22V的條件下其輸入電壓范圍為正負20V（或者在電壓電壓等于正負18V的條件下其輸入電壓范圍為正負16V）,，也就是說輸入電壓范圍不能到達電源電壓的范圍。

這兩個運放的輸入范圍的差別源于它們的輸入電路結構不同,。這個問題我們在這里不作深入討論,，希望了解的讀者可以自己去看數(shù)據(jù)手冊。

顯然,，若一個輸入信號的電壓范圍從0V到某個電平的話,，以單電源工作模式的LM358可以直接滿足輸入電壓的要求而正常工作。但若用LF356接成單電源模式（即將它的負電源接到0V）,，那么在輸入電壓為0V左右的時候運放將不能正常工作,。這就是LM358之類的運放被稱為“單電源運放”的原因。

但是,，常見的輸入信號是以“地”為中心正負擺動的信號,，這種情況下即使是“單電源運放”也無法正常工作,。

電源對于運放而言，具有兩個作用,。其一是提供能源,，其二是提供一個“地”即參考電位。顯然,，從提供能源這一點來看,，雙電源與單電源沒有差別，所以單電源與雙電源的根本差別就是那個“地”,。

對于一個放大器來說,，“地”僅僅是一個參考電平，任何一個穩(wěn)定又確定的電位都可以作為這個參考電平也就是“地”,。所以從原則上說,，任何一個運放都可以在單電源或雙電源、甚至不對稱的分裂電源條件下正常工作,。下面就本文開始時提到的雙電源運放在單電源條件工作的情況進行討論,。

這種情況下，運放正常工作的關鍵是提供一個合適的“地”電平,，通常這個電平位于電源電壓的一半位置,。一個常用的辦法見圖3，其中左側的運放接成跟隨器構成“信號地”,，當其中兩個電阻的阻值相等時,，信號地的直流電位等于電源電壓的一半。然后將整個放大電路中其他運放的“地”（除了負電源）都接到這個“信號地”上,，圖中右側是一個同相放大器的例子,。

圖3 用運放構成信號地發(fā)生器，作為其他運放的地電平

需要注意的是：圖3電路的信號地（運放輸出）的阻抗極低,，不需要再加入任何退耦電容,，也不應該加入任何電容，因為一個電容負載極可能引起它的自激振蕩,。

但是圖3電路中有一個限制,，就是信號源的地必須接到信號地上。在有些場合下可能信號源的地必須接到電源地,，這種情況下可以根據(jù)信號的特征作不同的處理,。

1,、如果信號沒有直流或準直流分量,，那么只要在信號源與放大器之間插入一個耦合電容即可。此時這個耦合電容可以隔斷直流分量,，使得信號源與放大器的直流電平各異,，但是不會影響交流信號的放大。基本上所有的高頻放大器都是單電源的,，就是基于這個原理,。

其實，在這種交流放大器中,，只要能夠將運放的參考地電位處理好,，前面的信號地發(fā)生器也可以不用。圖4就是單電源工作的交流同相放大器與交流反相放大器電路,。該電路中同相放大器的運放兩個輸入端,、反相放大器的運放同相輸入端都采用兩個等值的電阻（這兩個電阻的并聯(lián)值應該等于正常的設計值）接到電源與地，所以這些輸入端的直流電平都是電源電壓的一半,。由于運放的負反饋作用,，在輸入信號為0時運放的輸出電平也是電源電壓的一半。

圖4 單電源交流信號放大器

2,、如果信號帶有直流或準直流分量,，那么不能用耦合電容隔斷直流，此時應該通過電平移動的形式將信號源的輸出低電平移動到信號地的電平,。

圖5就是這樣一個電平移動電路（實際上就是一個同相加法器）,，在這個電路中若兩個電阻的阻值相等，則輸出的信號電平被平移了0.5Vcc,，也就是將信號源的地電平移到了信號地的電平,。

圖5 信號源電平移動電路

前面圖3電路中用一個運放構成了信號地發(fā)生器，那么是不是可以用一個電源模塊作為信號地發(fā)生器呢,？例如運放的電源電壓采用24V,，再用一個LM7812電路產(chǎn)生一個12V電壓作為信號地。

回答是不可以,。原因是這種電源模塊的輸出電流是單向的,，例如LM78xx系列的輸出電流是由模塊向外流的（Source），LM79xx系列的輸出電流是由外電路流向模塊內的（Sink）,。但是在一個放大器中,，最終流向信號地的總電流方向可能是雙向的，那樣的話電源模塊將不可能提供穩(wěn)定的低阻抗電平,。

類似的問題是運放的懸浮電源,。

在一些比較特殊的運放應用電路中，運放的電源電壓可能是懸浮的,。例如一個放大器系統(tǒng),，其中主供電電壓是+24V，而某級運放的工作電壓要求是：正電源電壓端（V_CC）為+18V,，負電源電壓端（V_EE）為+12V,，信號地電平為+15V,，那么該如何設計這幾個電壓源呢？

顯然,，信號地可以采用前面任意一種合適的電路,。

由于兩個電源的電路有較大的功率需求，以運放作為電源使用不合適,，所以要用電源模塊,，但是需要考慮電流的流向。

V_CC電源（+18V）的電流是從電源流向運放,，所以用一個LM7818作為電源沒有問題,。

V_EE電源（+12V）的電流是從運放流向電源，所以不能用LM78xx系列的電源模塊,，應該用LM79xx系列的模塊,。但是LM79xx系列電源模塊的輸入輸出電壓均為負電壓，所以不能按照傳統(tǒng)的接法以0電壓作為它的參考電平,，而要以主供電電壓（+24V）作為該模塊的參考電平,，以0電壓作為模塊的輸入電壓。此時運放的V_EE電源（+12V）相對于主供電電壓（+24V）為-12V,，采用的模塊應該是LM7912,。這個運放最后的供電電路如圖6所示。

圖6  放大器的懸浮電源