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单电源运放应用图集（第三部分）：滤波电路

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简介：
本篇文章为《单电源运放应用图集》系列之三，专注于展示和讲解利用单电源运算放大器构建的各种实用滤波电路设计。 我们经常看到很多经典的运算放大器应用图集，但这些应用通常基于双电源设计。然而，在实际电路设计中，常常需要使用单电源供电，这时设计师往往不清楚如何将原有的双电源电路转换为适用于单电源的方案。在设计单电源电路时需更加谨慎，并且必须完全理解本段落所讨论的内容。

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  • 单电源运放应用图集（第三部分）：滤波电路
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    本篇文章为《单电源运放应用图集》系列之三，专注于展示和讲解利用单电源运算放大器构建的各种实用滤波电路设计。 我们经常看到很多经典的运算放大器应用图集，但这些应用通常基于双电源设计。然而，在实际电路设计中，常常需要使用单电源供电，这时设计师往往不清楚如何将原有的双电源电路转换为适用于单电源的方案。在设计单电源电路时需更加谨慎，并且必须完全理解本段落所讨论的内容。
     
  • 单电源运算放大器电路及其应用
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    《单电源运算放大器电路及其应用》一书深入浅出地介绍了单电源运放的工作原理、设计技巧及实际应用案例，适合电子工程领域的学习者与从业者阅读。 单电源供电运放电路设计是运放电路设计中的难点之一。本段落档通过详细分析几种常用的单电源供电运放电路（包括同相、反向比例放大器，加法器，减法器，仪用放大器以及一阶和二阶滤波器），帮助读者熟悉并掌握这类电路的设计方法。
     
  • 单电源运放图解--运放的单电源供电
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    本文深入浅出地解析了运算放大器在单电源环境下的工作原理和应用技巧，帮助读者理解并解决实际电路设计中的问题。 ### 单电源运放图集——运放单电源供电 #### 重要概念解析 ##### 1.1 电源供电方式及单电源供电的理解 运算放大器（简称运放）是一种广泛应用在电子电路中的集成电路，其核心功能在于信号的放大。根据不同的供电方式，可以将运放分为双电源和单电源两类。 - **双电源供电**：传统上，运放通常采用正负对称的双电源供电模式，例如±15V、±12V或±5V。这种情况下，输入与输出电压都是相对于地（GND）测量的。使用双电源可以提供更大的动态范围和更稳定的性能表现，适用于需要高精度的应用场景。 - **单电源供电**：在实际应用中，为了降低成本、缩小体积或者提高便携性等因素考虑，设计师们倾向于选择只由一个正电源与地线组成的运放。例如常见的5V或3V的供电方式。这种模式简化了电路设计，并且降低了功耗，但同时也带来了一系列挑战，尤其是在确保输出电压摆幅足够大的问题上。 为了适应单电源情况下的需求，在电路设计中需要引入一些特殊的技术手段来解决这些问题。比如通过创建一个虚拟地（即VCC2）来实现信号的正确参考点选择；同时还需要关注运放是否具有轨到轨输入输出能力，这在很大程度上决定了其在单电源供电环境中的性能表现。 #### 1.2 虚地的概念及其重要性 虚地是单电源电路设计中不可或缺的一部分。它通常被定义为电源电压的一半值（即VCC/2），这样可以使得运放的输出信号能够围绕这个虚拟参考点摆动，从而最大化其动态范围。 - **实现方法**：图二展示了如何利用两个等阻值电阻R1和R2以及电容C1来生成虚地。其中，选择合适的电阻值需要考虑电源功耗及噪声性能；而C1则作为一个低通滤波器用于过滤掉来自电源的干扰信号。在某些情况下可以省略缓冲运放，但这可能会影响系统的低频特性。 需要注意的是，在特定条件下（如使用大阻值电阻），直接生成虚地的方法可能会遇到问题。因此设计时需要根据具体情况调整参数以确保电路稳定可靠。 #### 1.3 交流耦合的重要性 在单电源供电的环境中，正确应用交流耦合技术对于保证信号传递至关重要。因为有了虚拟参考点的存在，如果直接连接输入源和运放会导致直流偏移问题，进而影响到整个系统的正常工作状态。 - **作用**：通过引入一个或多个电容器来隔绝直流成分而仅允许交流部分传输的机制可以解决这个问题。这样即使输入信号相对于电源地也能够正确参考虚拟接地点，并避免超出运放的工作范围。 - **特殊情况下的应用**：当多级放大器串联使用时，如果前一级和后一级都采用相同的虚地面作为基准且没有增益的情况下，则可考虑省略中间环节的耦合电容。然而，在实际操作中建议先构建原型并逐步移除不必要的组件来验证电路性能。 #### 结论 单电源供电模式下的运放在现代电子设计领域占据着重要地位。通过合理设置虚拟地以及有效利用交流耦合技术，可以克服单电源带来的局限性，并实现高效稳定的运行效果。设计师们需要根据具体需求和技术限制灵活运用上述知识要点以达到最佳的设计结果。
     
  • 双电源应用的运算放大器基础电路图集.pdf
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    本PDF文件汇集了多种基于运算放大器的双电源应用基础电路图，旨在帮助电子工程师和学生理解并设计复杂的电源切换与控制方案。 电赛资料：运算放大器基本应用电路（双电源应用图集）
     
  • 运算放大器电路设计技术手册（单电源应用示意图集） 侯长波编著.pdf
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    本书为电子工程师提供了全面的指导和实用的设计方案，专注于运算放大器在单电源环境下的应用。通过丰富的示意图集，读者可以深入理解并掌握各种复杂电路设计技巧。 适用于单电源的运算放大电路应用涉及多种设计和技术细节，包括但不限于偏置技术、增益设置以及输入输出范围匹配等问题。在实际操作中，选择合适的运放型号及其外围元器件配置是确保系统性能的关键因素之一。此外，在处理低电压信号时还需要特别注意噪声抑制和直流耦合等挑战性问题的解决方法。
     
  • 单电源运算放大器图集
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    《单电源运算放大器图集》是一本专注于介绍和展示各种单电源运放电路设计与应用的手册，通过丰富的图表帮助读者深入理解并掌握单电源环境下的运算放大器使用技巧。 在我们的电路系统中，单电源运放的使用非常常见。
     
  • 在集成电路中将双电源运放电路转换为单电源电路
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    本文探讨了如何在集成电路设计中将传统的双电源运算放大器电路有效转换为适用于现代电子设备的单电源配置的方法与技巧。通过分析和实验，提出了一种简化且高效的转换策略，旨在提升单电源供电系统的性能及稳定性。该研究对推动低功耗、高集成度电子产品的发展具有重要意义。 大多数模拟电路设计者都熟悉如何在双电源电压条件下使用运算放大器，例如图1左边的电路所示。这种双电源通常由一个正电源和与其相等但符号相反的负电源组成，常见的有±15V、±12V 和 ±5V 等配置。在这种情况下，输入电压和输出电压都是相对于地电位定义的，并且存在摆动幅度极限 Vom 以及最大输出摆幅。 对于单电源供电的情况（如图1右侧所示），运放的正负电源引脚分别连接到正电源 (VCC+) 和接地端 (GND)。在这种配置下，通常会将输入电压相对于一个虚拟地电位进行偏置处理，该虚拟地就是 VCC+ 的一半电压值。因此，在这种情况下，运放输出信号同样以这个虚拟地为中心，并且在摆幅范围内（Vom）内变化。 一些新型的运算放大器具有两个不同的最高和最低输出电压限制。
     
  • 基于集成运放的方波与三角波生成电路
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    本项目设计并实现了一种基于集成运算放大器的电路，能够高效地产生高质量的方波和三角波信号。 如图1所示为由集成运放构成的方波和三角波发生器电路，如图2所示为其输出波形图。在图1所示的电路中，级A1组成迟滞电压比较器，其输出电压uo1是对称的方波信号；第二级A2则组成为积分器，其输出电压为三角波信号。
     
  • 基于单电源的精密全波整流运放电路
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    本作品设计了一种基于单电源供电环境下的精密全波整流运算放大器电路，适用于多种电子设备中的信号处理与变换。 利用单电源运放的跟随器的工作特性可以实现精密全波整流。
     
  • 含低通滤波功能的三运放放大电路设计及Protues仿真分析
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    本项目研究了一种集成了低通滤波器功能的三运放放大电路的设计与实现，并通过Protues软件进行了仿真实验，验证了其性能。 本段落介绍了并联三运放和二阶有源滤波器的典型结构，并设计了一个带有低通滤波功能的三运放放大电路。该设计通过Protues进行了仿真，且提供了相应的仿真源文件。这是一个非常实用的放大电路设计方案。