导言
咱们常常看到许多十分经典的运算扩大器运用图集，可是这些运用都建立在双电源的根底上，许多时分，电路的规划者有必要用单电源供电，可是他们不知道该怎么将双电源的电路转化成单电源电路。
在规划单电源电路时需求比双电源电路愈加当心，规划者必需求彻底了解这篇文章中所述的内容。
1.1 电源供电和单电源供电
一切的运算扩大器都有两个电源引脚，一般在资猜中，它们的标识是VCC+和VCC-，可是有些时分它们的标识是VCC+和GND。这是因为有些数据手册的作者妄图将这种标识的差异作为单电源运放和双电源运放的差异。可是，这并不是说他们就一定要那样运用――他们或许能够作业在其他的电压下。在运放不是按默许电压供电的时分，需求参阅运放的数据手册，特别是肯定最大供电电压和电压摇摆阐明。
绝大多数的模仿电路规划者都知道怎样在双电源电压的条件下运用运算扩大器，比方图一左面的那个电路，一个双电源是由一个正电源和一个持平电压的负电源组成。一般是正负15V，正负12V和正负5V也是常常运用的。输入电压和输出电压都是参阅地给出的，还包含正负电压的摇摆起伏极限Vom以及最大输出摆幅。
单电源供电的电路(图一中右)运放的电源脚连接到正电源和地。正电源引脚接到VCC+，地或许VCC-引脚连接到GND。将正电压分红一半后的电压作为虚地接到运放的输入引脚上，这时运放的输出电压也是该虚地电压，运放的输出电压以虚地为中心，摆幅在Vom 之内。有一些新的运放有两个不同的最高输出电压和最低输出电压。这种运放的数据手册中会特别别离指明Voh 和Vol 。需求特别留意的是有不少的规划者会很随意的用虚地来参阅输入电压和输出电压，但在大部分运用中，输入和输出是参阅电源地的，所以规划者有必要在输入和输出的当地参加隔直电容，用来阻隔虚地和地之间的直流电压。(拜见1.3节)
一般单电源供电的电压一般是5V，这时运放的输出电压摆幅会更低。别的现在运放的供电电压也能够是3V 也或许会更低。出于这个原因在单电源供电的电路中运用的运放根本上都是Rail-To-Rail 的运放，这样就消除了丢掉的动态规模。需求特别指出的是输入和输出不一定都能够承受Rail-To-Rail 的电压。尽管器材被指明是轨至轨(Rail-To-Rail)的，假如运放的输出或许输入不支持轨至轨，挨近输入或许挨近输出电压极限的电压或许会使运放的功用退化，所以需求细心的参阅数据手册是否输入和输出是否都是轨至轨。这样才干确保体系的功用不会退化，这是规划者的责任。
1. 2 虚地
单电源作业的运放需求外部供给一个虚地，一般状况下，这个电压是VCC/2，图二的电路能够用来发生VCC/2的电压，可是他会下降体系的低频特性。
R1 和R2 是等值的，经过电源答应的耗费和答应的噪声来挑选，电容C1 是一个低通滤波器，用来削减从电源上传来的噪声。在有些运用中能够疏忽缓冲运放。
鄙人文中，有一些电路的虚地必需求由两个电阻发生，可是其实这并不是完美的方法。在这些比方中，电阻值都大于100K，当这种状况发生时，电路图中均有注明。
1. 3 沟通耦合
虚地是大于电源地的直流电平，这是一个小的、部分的地电平，这样就发生了一个电势问题：输入和输出电压一般都是参阅电源地的，假如直接将信号源的输出接到运放的输入端，这将会发生不行承受的直流偏移。假如发生这样的作业，运放将不能正确的呼应输入电压，因为这将使信号超出运放答应的输入或许输出规模。
处理这个问题的方法将信号源和运放之间用沟通耦合。运用这种方法，输入和输出器材就都能够参阅体系地，并且运放电路能够参阅虚地。当不止一个运放被运用时，假如碰到以下条件级间的耦合电容就不是一定要运用：榜首级运放的参阅地是虚地第二级运放的参阅第也是虚地这两级运放的每一级都没有增益。任何直流偏置在任何一级中都将被乘以增益，并且或许使得电路超出它的正常作业电压规模。
假如有任何疑问，安装一台有耦合电容的原型，然后每次取走其间的一个，调查电作业是否正常。除非输入和输出都是参阅虚地的，不然这儿就必需求有耦合电容来阻隔信号源和运放输入以及运放输出和负载。一个好的处理方法是断开输入和输出，然后在一切运放的两个输入脚和运放的输出脚上查看直流电压。一切的电压都有必要十分挨近虚地的电压，假如不是，前级的输出就就必需求用电容做阻隔。(或许电路有问题)
1. 4 组合运放电路
在一些运用中，组合运放能够用来节约本钱和板上的空间，可是不行避免的引起相互之间的耦合，能够影响到滤波、直流偏置、噪声和其他电路特性。规划者一般从独立的功用原型开端规划，比方扩大、直流偏置、滤波等等。在对每个单元模块进行校验后将他们联合起来。除非特别阐明，不然本文中的一切滤波器单元的增益都是 1。
1. 5 挑选电阻和电容的值
每一个刚开端做模仿规划的人都想知道怎么挑选元件的参数。电阻是应该用1 欧的仍是应该用1 兆欧的?一般的来说一般的运用中阻值在K 欧级到100K 欧级是比较适宜的。高速的运用中阻值在100 欧级到1K 欧级，但他们会增大电源的耗费。便携规划中阻值在1 兆级到10 兆欧级，可是他们将增大体系的噪声。用来挑选调整电路参数的电阻电容值的根本方程在每张图中都现已给出。假如做滤波器，电阻的精度要挑选1% E -96系列(参看附录A)。一但电阻值的数量级确认了，挑选规范的E-12系列电容。
用E-24系列电容用来做参数的调整，可是应该尽量不必。用来做电路参数调整的电容不该该用5%的，应该用1%。
2.1 扩大
扩大电路有两个根本类型：同相扩大器和反相扩大器。他们的沟通耦合版别如图三所示。关于沟通电路，反向的意思是相角被移动180度。这种电路选用了耦合电容 ――Cin 。Cin被用来阻挠电路发生直流扩大，这样电路就只会对沟通发生扩大效果。假如在直流电路中，Cin被省掉，那么就有必要对直流扩大进行核算。
在高频电路中，不要违背运放的带宽约束，这是十分重要的。实践运用中，一级扩大电路的增益一般是100倍(40dB)，再高的扩大倍数将引起电路的振动，除非在布板的时分就十分留意。假如要得到一个扩大倍数比较的大扩大器，用两个等增益的运放或许多个等增益运放比用一个运放的效果要好的多。
2.2 衰减
传统的用运算扩大器组成的反相衰减器如图四所示。
在电路中R2要小于R1。这种方法是不被引荐的，因为许多运放是不适宜作业在扩大倍数小于1倍的状况下。正确的方法是用图五的电路。
在表一中的一套规格化的R3 的阻值能够用作发生不同等级的衰减。关于表中没有的阻值，能够用以下的公式核算
R3=(Vo/Vin)/(2-2(Vo/Vin))
假如表中有值，按以下方法处理：
为Rf和Rin在1K到100K之间挑选一个值，该值作为根底值。
将Rin 除以二得到RinA 和RinB。
将根底值别离乘以1 或许2 就得到了Rf、Rin1 和Rin2，如图五中所示。
在表中给R3 挑选一个适宜的份额因子，然后将他乘以根底值。
比方，假如Rf是20K，RinA和RinB都是10K，那么用12.1K的电阻就能够得到-3dB的衰减。
图六中同相的衰减器能够用作电压衰减和同相缓冲器运用。
2.3 加法器
图七是一个反相加法器，他是一个根本的音频混合器。可是该电路的很少用于真实的音频混合器。因为这会迫临运放的作业极限，实践上咱们引荐用进步电源电压的方法来进步动态规模。
同相加法器是能够完结的，可是是不被引荐的。因为信号源的阻抗将会影响电路的增益。
2.4 减法器
就像加法器相同，图八是一个减法器。一个一般的运用便是用于去除立体声磁带中的原唱而留下伴音(在录制时两通道中的原唱电平是相同的，可是伴音是略有不同的)。
2.5 模仿电感
图九的电路是一个对电容进行反向操作的电路，它用来模仿电感。电感会抵抗电流的改变，所以当一个直流电平加到电感上时电流的上升是一个缓慢的进程，并且电感中电阻上的压降就显得尤为重要。
电感会愈加简略的让低频经过它，它的特性正好和电容相反，一个抱负的电感是没有电阻的，它能够让直流电没有任何约束的经过，对频率是无穷大的信号有无穷大的阻抗。
假如直流电压忽然经过电阻R1 加到运放的反相输入端上的时分，运放的输出将不会有任何的改变，因为这个电压同过电容C1 也相同加到了正相输出端上，运放的输出端体现出了很高的阻抗，就像一个真实的电感相同。
跟着电容C1 不断的经过电阻R2 进行充电，R2上电压不断下降，运放经过电阻R1罗致电流。跟着电容不断的充电，终究运放的两个输入脚和输出脚上的电压终究趋向于虚地(Vcc/2)。
当电容C1 彻底被充溢时，电阻R1 约束了流过的电流，这就体现出一个串连在电感中电阻。这个串连的电阻就约束了电感的Q 值。真实电感的直流电阻一般会比模仿的电感小的多。这有一些模仿电感的约束：
电感的一段连接在虚地上;
模仿电感的Q值无法做的很高，取决于串连的电阻R1;
模仿电感并不像真实的电感相同能够贮存能量，真实的电感因为磁场的效果能够引起很高的反相尖峰电压，可是模仿电感的电压受限于运放输出电压的摆幅，所以呼应的脉冲受限于电压的摆幅。
2.6 仪用扩大器
仪用扩大器用于需求对小电平信号直流信号进行扩大的场合，他是由减法器拓扑而来的。仪用扩大器利用了同相输入端高阻抗的优势。根本的仪用扩大器如图十所示。
这个电路是根本的仪用扩大电路，其他的仪用扩大器也如图中所示，这儿的输入端也运用了单电源供电。这个电路实践上是一个单电源的应变仪。这个电路的缺陷是需求彻底持平的电阻，不然这个电路的共模抑制比将会很低。
图十中的电路能够简略的去掉三个电阻，就像图十一中的电路。
这个电路的增益十分好核算。可是这个电路也有一个缺陷：那便是电路中的两个电阻有必要一同替换，并且他们有必要是等值的。别的还有一个缺陷，榜首级的运放没有发生任何有用的增益。
别的用两个运放也能够组成仪用扩大器，就像图十二所示。
可是这个仪用扩大器是不被引荐的，因为榜首个运放的扩大倍数小于一，所以他或许是不稳定的，并且Vin -上的信号要花费比Vin +上的信号更多的时刻才干抵达输出端。
这节十分深化地介绍了用运放组成的有源滤波器。在许多状况中，为了阻挠因为虚地引起的直流电平，在运放的输入端串入了电容。这个电容实践上是一个高通滤波器，在某种意义上说，像这样的单电源运放电路都有这样的电容。规划者有必要确认这个电容的容量必需求比电路中的其他电容器的容量大100 倍以上。这样才干够确保电路的幅频特性不会遭到这个输入电容的影响。假如这个滤波器一起还有扩大效果，这个电容的容量最好是电路中其他电容容量的1000 倍以上。假如输入的信号早就包含了VCC/2 的直流偏置，这个电容就能够省掉。
这些电路的输出都包含了VCC/2 的直流偏置，假如电路是终究一级，那么就有必要串入输出电容。
这儿有一个有关滤波器规划的协议，这儿的滤波器均选用单电源供电的运放组成。滤波器的完结很简略，可是以下几点规划者有必要留意：
1. 滤波器的拐点(中心)频率
2. 滤波器电路的增益
3. 带通滤波器和带阻滤波器的的Q值
4. 低通和高通滤波器的类型(Butterworth 、Chebyshev、Bessell)
不幸的是要得到一个彻底抱负的滤波器是无法用一个运放组成的。即便或许，因为各个元件之间的负杂互感而导致规划者要用十分杂乱的核算才干完结滤波器的规划。一般对波形的操控要求越杂乱就意味者需求更多的运放，这将依据规划者能够承受的最大畸变来决议。或许能够经过几回试验而终究确认下来。假如规划者期望用最少的元件来完结滤波器，那么就别无挑选，只能运用传统的滤波器，经过核算就能够得到了。
