CN112702032A - 单电源运放偏置电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种单电源运放偏置电路，应用于单电源运放电路，单电源运放偏置电路包括：分压电路，所述分压电路的输入端与第一直流电源连接，用于对所述第一直流电源的直流电源分压；压控开关电路，与所述分压电路的输出端连接，还与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于使所述分压电路的输出电压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端。本申请的单电源运放偏置电路具备高输入阻抗低输出阻抗的特性，偏置电压精度高。

Description

单电源运放偏置电路

技术领域

本申请涉及领域电路领域，尤其涉及一种单电源运放偏置电路。

背景技术

单电源运放工作时只能放大对地为正(同向输入)或为负(反向输入)的直流电压，若输入为对地的交流信号时，则只能放大正半波或负半波，另一半波会因为截止而产生严重失真。为了得到不失真的交流放大信号，需要在输入端叠加一个偏置电压。

目前常用的单电源运放偏置方式有电阻分压法、运放电压跟随器法、射级电压跟随器法。电阻分压法采用电阻分压，不仅简单而且成本低，但是该偏置电压源的输出阻抗大，输出电流的变化对偏置电压精度的影响很大。运放电压跟随器法采用了电压跟随器，具有很高的输入阻抗与很低的输出阻抗，输出电流的变化对偏置电压几乎没有影响，但是成本比较高。射级电压跟随器法采用三极管组成的射极电压跟随器作为电阻分压的输出级，具有输入阻抗高、输出阻抗低的特性，但是根据偏置电压计算得到的电阻值经常需要结合实际电阻值选择，因此偏置电压存在误差。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种单电源运放偏置电路，具备高输入阻抗低输出阻抗的特性，偏置电压精度高。

第一方面，本发明公开了一种单电源运放偏置电路，应用于单电源运放电路，单电源运放偏置电路包括：

分压电路，所述分压电路的输入端与第一直流电源连接，用于对所述第一直流电源进行分压；

压控开关电路，与所述分压电路的输出端连接，还与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于使所述分压电路的输出电压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端。

可选的，所述分压电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一直流电源连接；

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地。

可选的，所述压控开关电路包括：

N型场效应管，G极与所述第一电阻的第二端连接，D极与所述第二电阻的第一端连接，S极与所述单电源运放电路的第一输入端连接，当所述N型场效应管G极电压高于所述N型场效应管S极电压导通阈值，则所述N型场效应管导通，直流偏压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端；

其中，所述直流偏压为所述分压电路的输出电压与所述N型场效应管的导通压降之差，

所述分压电路的输出电压为所述第二电阻第一端电压值。

可选的，所述单电源运放偏置电路还包括：

钳位电路，与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于限制所述单电源运放电路的第一输入端的电压。

可选的，所述钳位电路包括：

第一二极管，所述第一二极管的负极与第二直流电源连接，所述第一二极管的正极与所述单电源运放电路的第一输入端连接；

第二二极管，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的正极连接，所述第二二极管的正极接地。

可选的，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值根据目标偏置电压的大小设置。

可选的，所述单电源运放电路为同相比例运放电路。

可选的，所述单电源运放电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器同相输入端与所述N型场效应管的S极连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端接地，所述第三电阻的第二端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；

第四电阻，所述第四电阻跨接所述第一运算放大器的反相输入端和输出端。

可选的，所述单电源运放电路还包括：

第一电容，所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第一端与所述第三电阻的第一端连接，用于滤波。

可选的，所述单电源运放电路还包括：

第二电容，所述第二电容的第一端与输入信号源连接，所述第二电容的第二端与所述第一运算放大器同相输入端连接，用于隔直。

本申请实施例采用的偏置电路包括分压电路，所述分压电路的输入端与第一直流电源连接，用于对所述第一直流电源的直流电源分压；压控开关电路，与所述分压电路的输出端连接，还与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于使所述分压电路的输出电压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端。由于压控开关电路的开关特性，因此分压电路不需采用阻值很大的电阻，可有效减小分压电路中电阻带来的热噪声，所述压控开关电路处于稳定工作状态，所述偏置电压相当于稳压源，偏置电压精度高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的框图；

图2是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的结构图；

图3是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的框图；

图4是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的结构图；

图5是根据一示例性实施例示出的一单电源运放电路的结构图；

图6是根据一示例性实施例示出的一单电源运放电路的结构图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的框图，如图1所示，单电源运放偏置电路110包括：

分压电路111，所述分压电路111的输入端与第一直流电源120连接，用于对所述第一直流电源120的直流电源分压；

压控开关电路112，与所述分压电路111的输出端连接，还与所述单电源运放电路130的第一输入端连接，用于使所述分压电路111的输出电压叠加到所述单电源运放电路130的第一输入端。

本申请实施例中由于压控开关电路的开关特性，具有很高的输入阻抗与很低的输出阻抗，输出电流的变化对偏置电压几乎没有影响，偏置电压精度高，且分压电路不需采用阻值很大的电阻，可有效减小分压电路中电阻带来的热噪声。

图2是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的结构图，如图2所示，所述分压电路211包括：

第一电阻R1，所述第一电阻R1的第一端与所述第一直流电源220连接；

第二电阻R2，所述第二电阻R2的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接，所述第二电阻R2的第二端接地。

现有偏置电压电路为了不影响单电源运放电路的输入特性，通常采用大阻值的电阻进行分压，本申请实施例中，由于所述压控开关电路的开关特性，使得单电源运放偏置电路具有高输入阻抗低输出阻抗的特性，所述单电源运放电路的高输入阻抗特性不会受到影响，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2不用采用阻值很大的电阻。

本申请实施例中，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2可采用相同阻值的电阻，则所述分压电路211的输出电压为所述第一直流电源220的一半。

本申请实施例中，所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的实际阻值可根据所述单电源运放电路所需的偏置电压大小和功耗的要求设置。

如图2所示，所述压控开关电路212包括：

N型场效应管M1，G极与所述第一电阻R1的第二端连接，D极与所述第二电阻R2的第一端连接，S极与所述单电源运放电路的第一输入端连接，当所述N型场效应管M1的G极电压高于所述N型场效应管M1的S极电压导通阈值，则所述N型场效应管M1导通，直流偏压叠加到所述单电源运放电路230的第一输入端；

其中，所述直流偏压为所述分压电路211的输出电压与所述N型场效应管M1的导通压降之差，

所述分压电路211的输出电压为所述第二电阻R2第一端电压值。

所述N型场效应管M1是电压型器件，导通深度决定于栅极与源极之间的电压Vgs的大小，Vgs越大，栅极与源极之间的导通电阻Rds(on)越小。当Vgs大于等于所述导通阈值，所述N型场效应管M1就由截止状态进入导通状态，随着Vgs电压增大，导通电阻Rds(on)减小，所述N型场效应管M1导通更充分，所述N型场效应管M1的导通压降远远小于所述分压电路211的输出电压，所述直流偏压近似为所述分压电路211的输出电压，所述直流偏压叠加到所述单电源运放电路230的第一输入端，所述N型场效应管M1导通后处于稳定工作状态，所述偏置电压相当于稳压源，偏置电压精度高。

本申请实施例中，第一直流电源220可采用与所述单电源运放电路的直流电源相同的直流电源，当所述第一电阻R1与所述第二电阻R2相同，所述N型场效应管M1的导通，所述直流偏压近似为所述单电源运放电路的直流电源的电压VCC的一半，使得所述单电源运放电路获得最大的输出动态响应范围。

图3是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的框图，如图3所示，所述单电源运放偏置电路310还包括：

钳位电路313，与所述单电源运放电路330的第一输入端连接，用于限制所述单电源运放电路330的第一输入端的电压。

本申请实施例中，所述钳位电路313电压钳位作用，避免所述N型场效应管M1的D极和S极之间过压而损坏。

图4是根据一示例性实施例示出的一单电源运放偏置电路的结构图，如图4所示，所述钳位电路413包括：

第一二极管D1，所述第一二极管D1的负极与第二直流电源4131连接，所述第一二极管D1的正极与所述单电源运放电路430的第一输入端连接；

第二二极管D2，所述第二二极管D2的负极与所述第一二极管D1的正极连接，所述第二二极管D2的正极接地。

本申请实施例中，所述第二直流电源可采用与所述单电源运放电路的直流电源相同的直流电源，则所述钳位电路将单电源运放电路430的第一输入端的电压限制在(0-所述导通压降)～(VCC+所述导通压降)，对所述运放电路起到保护作用。

图5是根据一示例性实施例示出的一单电源运放电路的结构图，如图5所示，所述单电源运放电路为同相比例运放电路。所述单电源运放电路530包括：

第一运算放大器A1，所述第一运算放大器A1同相输入端与所述N型场效应管M1的S极连接；

第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端接地，所述第三电阻R3的第二端与所述第一运算放大器A1的反相输入端连接；

第四电阻R4，所述第四电阻R4跨接所述第一运算放大器A1的反相输入端和输出端。

图6是根据一示例性实施例示出的另一单电源运放电路的框图，如图6所示，所述单电源运放电路为反向比例运放电路，所述单电源运放电路630包括：

第一运算放大器A1，所述第一运算放大器A1同相输入端与所述N型场效应管M1的S极连接；

第一电容C1，所述第一电容C1的第一端接地，用于滤波；

第二电容C2，所述第二电容C2的第一端与输入信号源连接，所述第二电容C2的第二端与所述第一运算放大器A1同相输入端连接，用于隔直；

第三电阻R3，所述第三电阻R3的第一端与所述第一电容C1的第二端连接，所述第三电阻R3的第二端与所述第一运算放大器A1的反相输入端连接；

第四电阻R4，所述第四电阻R4跨接所述第一运算放大器A1的反相输入端和输出端。

本申请实施例采用的偏置电路包括分压电路，所述分压电路的输入端与第一直流电源连接，用于对所述第一直流电源的直流电源分压；压控开关电路，与所述分压电路的输出端连接，还与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于使所述分压电路的输出电压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端。由于压控开关电路的开关特性，因此分压电路不需采用阻值很大的电阻，可有效减小分压电路中电阻带来的热噪声，所述偏置电压相当于稳压源，偏置电压精度高。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种单电源运放偏置电路，应用于单电源运放电路，其特征在于，包括：

分压电路，所述分压电路的输入端与第一直流电源连接，用于对所述第一直流电源进行分压；

压控开关电路，与所述分压电路的输出端连接，还与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于使所述分压电路的输出电压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端。

2.如权利要求1所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述分压电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一直流电源连接；

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端接地。

3.如权利要求2所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述压控开关电路包括：

N型场效应管，G极与所述第一电阻的第二端连接，D极与所述第二电阻的第一端连接，S极与所述单电源运放电路的第一输入端连接，当所述N型场效应管G极电压高于所述N型场效应管S极电压导通阈值，则所述N型场效应管导通，直流偏压叠加到所述单电源运放电路的第一输入端；

其中，所述直流偏压为所述分压电路的输出电压与所述N型场效应管的导通压降之差，

所述分压电路的输出电压为所述第二电阻第一端电压值。

4.如权利要求1所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述单电源运放偏置电路还包括：

钳位电路，与所述单电源运放电路的第一输入端连接，用于限制所述单电源运放电路的第一输入端的电压。

5.如权利要求4所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述钳位电路包括：

第一二极管，所述第一二极管的负极与第二直流电源连接，所述第一二极管的正极与所述单电源运放电路的第一输入端连接；

第二二极管，所述第二二极管的负极与所述第一二极管的正极连接，所述第二二极管的正极接地。

6.如权利要求2所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值根据目标偏置电压的大小设置。

7.如权利要求3所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述单电源运放电路为同相比例运放电路。

8.如权利要求7所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述单电源运放电路包括：

第一运算放大器，所述第一运算放大器同相输入端与所述N型场效应管的S极连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端接地，所述第三电阻的第二端与所述第一运算放大器的反相输入端连接；

第四电阻，所述第四电阻跨接所述第一运算放大器的反相输入端和输出端。

9.如权利要求8所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述单电源运放电路还包括：

第一电容，所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第一端与所述第三电阻的第一端连接，用于滤波。

10.如权利要求8所述的单电源运放偏置电路，其特征在于，所述单电源运放电路还包括：

第二电容，所述第二电容的第一端与输入信号源连接，所述第二电容的第二端与所述第一运算放大器同相输入端连接，用于隔直。

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