單電源和雙電源運(yùn)算放大器可以互換嗎？

運(yùn)放作為模擬電路的主要器件之一，其供電方式分為單電源供電和雙電源供電兩種，這是由運(yùn)放的芯片結(jié)構(gòu)所決定的。

最初，為滿足信號放大線性度的要求，運(yùn)放均采用雙電源供電方式：一個正電源(+ V c c +Vcc+Vcc)，一個負(fù)電源(? V c c -Vcc?Vcc)且絕對值相同;后來，隨著產(chǎn)品對便攜、低功耗的性能追求，逐漸推出了采用單電源供電方式的運(yùn)放，以適應(yīng)這種減少電源個數(shù)降低電源電壓的節(jié)能需求，但原有的雙電源供電功能仍然保留;在運(yùn)放的datasheet上，如果電源電壓寫的是(2.5V - 5.5V)或者 (±1.25V - ±2.75V )，如OPAx836，則這個運(yùn)放就是單電源運(yùn)放，其既能夠由單電源供電，也能夠由雙電源供電;如果電源電壓寫的是(±15V)，如LM741，則這個運(yùn)放就是雙電源運(yùn)放，僅能采用雙電源供電。

顧名思義，單電源運(yùn)算放大器旨在使用一個電源運(yùn)行，而雙電源運(yùn)算放大器旨在使用兩個電源運(yùn)行。兩種運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路方程相同，因此工程師通常假設(shè)這兩種運(yùn)算放大器可以互換。理想方程取決于運(yùn)算放大器的增益和外部元件。陷阱就在這里，因為理想方程不關(guān)注運(yùn)算放大器的內(nèi)部設(shè)計，而內(nèi)部設(shè)計決定了給定運(yùn)算放大器的電源配置。

回到黑暗時代，LM324 是為數(shù)不多的單電源運(yùn)算放大器之一。盡管 LM324 仍是工業(yè)主力，但它存在一些重大的技術(shù)缺陷，例如 4mV 輸入偏移電壓(最佳情況)以及制造商未指定其最小增益帶寬(通常約為 400kHz)的事實。LM324 不符合許多設(shè)計應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn);因此，創(chuàng)意設(shè)計師嘗試在單電源設(shè)計中使用專為雙電源操作而設(shè)計的運(yùn)算放大器。設(shè)計人員設(shè)計了具有 36 至 40V 模擬工藝的老式運(yùn)算放大器。當(dāng)單電源應(yīng)用具有大電源電壓時，一切正常，但當(dāng)工程師在較低電壓(3 至 12V)應(yīng)用中使用雙電源運(yùn)算放大器時，某些運(yùn)算放大器將無法工作。

當(dāng)這個問題發(fā)生時，對運(yùn)算放大器電路設(shè)計的審查表明，電路的某些部分——通常是偏置方案——需要更高的電壓才能正常工作。典型的偏置方案采用由反向偏置的基極-發(fā)射極結(jié)制成的內(nèi)部齊納二極管。反向偏置結(jié)產(chǎn)生一個 7V 齊納二極管，因此該電路無法使用 5V 電源工作。低電壓、單電源設(shè)計成為尋找能夠在降低電源電壓的情況下滿足電路規(guī)格的運(yùn)算放大器的練習(xí)。

如今，運(yùn)算放大器的目標(biāo)是在低電壓和單電源下運(yùn)行。因此，出現(xiàn)了一個明顯的問題：這些運(yùn)算放大器是否在雙電源下工作?對于制造商指定的單電源和雙電源電壓的運(yùn)算放大器，答案是肯定的。然而，這個答案是不完整的，因為仍然存在大量旨在采用單電源供電的運(yùn)算放大器。除非運(yùn)算放大器超過最大額定電壓，否則它們中的大多數(shù)確實 采用雙電源供電，因為沒有內(nèi)部電路復(fù)雜性。雙電源電壓必須低于單電源的最大額定電壓。輸入電壓不得超過最大額定電壓。除了這些潛在的問題區(qū)域外，大多數(shù)針對單電源操作的運(yùn)算放大器在雙電源操作時都可以正常工作。

與過去相比，有一件事沒有改變：測試所有電路配置的要求。在這種情況下，測試包括運(yùn)算放大器在現(xiàn)場使用中可以看到的所有可能的工作模式尤為重要。