常见问题

单电源供电还使得噪声、偏置和失真问题变得比较严重。

噪声

单电源应用一般电压很低，低电压使设计人员必须降低噪声，以保持系统的信噪比。遗憾的是，低电压通常要求低功耗，而随着电源电流的降低，放大器噪声会增大。其它条件相同时，低噪声放大器的功耗较大。 估算运算放大器的噪声，需考虑所有噪声来源：输入电压噪声、输入电流噪声和由增益设置电阻引起的热噪声。图1给出了电压反馈运算放大器的噪声源。C1为运算放大器反相输入端的寄生电容，C2对高频时的噪声增益和信号带宽进行限制，R1/R2为标准增益设置电阻，R3用于平衡反相和同相输入端的电阻。

图1. 电压反馈运算放大器的主要噪声源。

在低频处，噪声增益为1+R2/R1 (图2)。噪声增益的第一零点在1/2ΠR1C1，到达由C2产生的极点以前，以每十倍频程6dB的斜率递增；在极点1/2ΠR2C2处，噪声增益变得平坦，等于1+C1/C2。随后，噪声增益曲线与放大器开环增益曲线相交，并开始以每十倍频程6dB的斜率衰减(放大器开环增益的标准单极点滚降)。

图2. 图1放大器噪声增益和开环增益图。

因为输入电压噪声、同相电流噪声和R3引起的噪声在整个闭环带宽内积分，并与电流噪声增益相乘，可以看出(根据噪声增益和开环增益图)，通过选择低单位增益交越频率的运算放大器，使电路噪声最小化。对反相输入，由R1和R2引起的电流噪声和热噪声只在信号带宽(1/2ΠR2C2)内积分。因为电流反馈运算放大器中没有电容C2，所以这类运算放大器的噪声只在整个闭环信号带宽内积分。

失真

适当的放大器环路增益能够使失真最小，否则在其输入-输出传输函数中将产生非线性。因为高频处放大器增益减小，所以其谐波失真增加。

给定频率时，如果运算放大器工作在线性区域，并且环路增益最大，就可以获得良好的谐波性能。这需要将输出偏置远离电源电压的位置，如图3(有偏压，但信号没有反相)所示。

图3. 对输入信号提供增益和偏压，该电路将输出偏置在远离电源电压的位置。

我们关注一下输出级，因为，增益是负载电流的函数，轻载时有助于改善满摆幅放大器的谐波性能。放大器电压的偏移量也会影响失真，所有运算放大器在电压漂移量最小时都有助于改善性能(内部工作点不需偏移很大，保持在线性区域内)。放大器摆率大小与满功率带宽有关，同时也影响谐波失真。当放大器工作在满功率带宽以外时，相关的摆率限制会产生严重的非线性。

产生另一路电源

高性能、单电源运算放大器的应用越来越来普及，但要最大限度地提高性能，有时还必须选择双电源供电的放大器。由于双电源运算放大器的设计没有单电源设计的局限性，可选则的双电源供电产品更多。

从正电源获得负电源的方法非常多，开关型调节器最灵活，而电荷泵转换器则最简单、体积最小、价格最低。因为电荷泵使用外接电容(而不是电感)提供电压转换，所以在提供输入电压的整数倍电压(-VIN, +2VIN等)时效果最佳。输出电压一般没有稳压，如果负载电流相对较小时，输出电压可以非常接近输入电压的整数倍。

因为电荷泵的静态电流可以非常小，所以轻载时效率很高。如图4，电荷泵配置为产生一路负压，电压大小等于输入电压，但极性相反。通过引脚配置可以使内部振荡器频率为13kHz、100kHz或250kHz，允许设计人员在静态电流、电荷泵电容器尺寸或输出电压纹波等参数之间进行权衡。

图4. 简单、小巧、廉价的电荷泵可以轻松地从正电源产生负电源。