ZHCSGM4E August 2017 – August 2025 OPA838
PRODUCTION DATA
7.4.2 2.7 V 至 5.4 V 单电源供电运行
大多数较新的系统使用单电源来提高效率并简化电源设计。OPA838 非常实用，只要输入输出引脚偏置在器件的线性工作区内，其在单电源供电（负电源接地）时性能与双电源完全一致。其输出在正常情况下可实现轨到轨摆幅，线性工作需约 100mV 余量。输入摆幅下限可延伸至负电源轨（通常接地）以下，上限可达到正电源轨附近 1.3V 范围内。对于直流耦合单电源运行，解补偿运算放大器典型的高增益工况需确保输入摆幅不超过正电源轨的输入摆幅限制。通常，所需的 1.3V 输入余量不会造成运行限制。
在图 7-10 中的示例设计中，输入范围为 0V 至 0.5V，利用 5V SAR ADC 常用的 4.5V 基准电压实现电平位移（0V 输入时输出 0.15V），并设定增益使 0.5V 输入产生 4.1V 输出摆幅。该示例假设源阻抗为 0Ω，需灌入 39μA 电流使正输入引脚偏置，从而实现 0V 输产生入 0.15V 输出。通过略微调小 RF 与 RG 阻值，使其与非反相输入端两个偏置设置电阻器的并联组合匹配，实现偏置电流消除。图 7-11 演示了此电路的阶跃响应示例，它可产生从 0.15V（0V 输入）到 4.35V（0.5V 输入）的输出。
图 7-10 具有输出电平位移的直流耦合、单电源、非反相接口
图 7-11 单极输入到电平位移输出的阶跃响应若可接受交流耦合，一种实现单电源运行的简单方法是运行反相。图 7-12 展示了一个低功耗、高增益示例。在该示例中，实现了 –20V/V 的增益（反相通常对交流耦合通道无关紧要），其中 V+ 输入为偏置中量程。该示例展示了一种可选偏置电流消除设置，除非输出直流电平需要良好的精度，否则没有必要使用该设置。分压电阻器和 80.7Ω 隔离电阻器的并联组合与反馈电阻器阻值相匹配。通过在反相输入端设置阻断电容器，匹配反馈电阻器阻抗以实现偏置电流消除。在这个 3V 电源示例中，两个输入与输出端均偏置为 1.5V。这使输入引脚处于有效范围并将输出居中，以获得最大的 VPP。图 7-13 展示了此示例的微小信号响应，显示 f–3dB 范围为从通过输入电容值设置的 887Hz 低端截止频率到 17.5MHz 高频截止频率。
图 7-12 具有交流耦合输入的单电源反相增益级
图 7-13 具有交流耦合输入的反相单电源响应这些方案仅是单电源设计的众多实现方式中的两例。还有许多其他方法，它们常常使用直流基准电压或交流耦合。单电源运算放大器设计技术 中汇编了一些不错的方案。