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有一次实验室的一位同学在做一个电机驱动模块，需要用到运放产生矩形波给L298N来驱动一个小马达，他的这个课程设计要求用干电池供电也就是单电源供电，一般的运放是双电源供电的较多，我当时就思考怎么在普通运放下使用单电源供电能满足这个需求，当时也查了不少单电源运放的这方面的资料，之后也理解了一些这方面的知识，很有幸有一次我在一个QQ群的聊天中发现别人也有这方便的困惑，再参与激烈的讨论之后对这方面的知识比之前的理解更透彻了！现在把这方便的知识总结给大家，有什么不对的欢迎大家指正。我们看下图是LM358内部电路图。
LM358运放内部原理图 从LM358的数据手册可知它是一颗单电源运放芯片，现在我们就来聊聊什么叫做单电源运放？在了解单电源运放前我们先弄懂运放的本质是什么，弄懂运放的本质有利于我们更好地了解单电源运放，运放的本质是一个类似OCL功率放大器的电路，差分输入级、中间电压放大级、末级互补推挽输出级。
图1 图1是一个分立元件运放，非常类似OCL电路。BG1、BG2是输入级，BG3是恒流源负载，BG4、BG5是第二差动放大器，BG6是电压放大器，或者说中间电压放大级，BG7、BG8则是互补推挽输出。那么，这个电路用双电源供电时，可见，输出VO既不可能到达正电源电压，也不能到达负电源电压，因为输出管BG7、BG8总有一定的压降。这就是一般的双电源运放结构，如果把负电源端接地，正电源端接两倍的VCC，然后通过在输入端加偏置，使之输出静态情况为VCC，这就是所谓的双电源改单电源供电，只是参考点发生了变化，由中点变到了负电源端。这样把双电源运放改单电源，那么输出到不了0V，因为现在参考的是负电源端，也就是负电源端是0V，因为运放输出到不了负电源，也就到不了0V。所以，一般双电源运放改单电源，最大问题是输出到不了0V，不能到最低电压。单电源运放这个词的意思根本不是单电源能放大交流的意思。而是，单电源供电时，最低输出电压能到0V的意思，也就是说，这种运放双电源供电时，最低输出电压能到电源负电压。 这就是LM358电路中Q7，以及Q7下端的那个恒流源的作用。一般来说，输出电压下降到Q13的CE间饱和压降（VCES）就无法再下降了，但这种特殊设计，使得电压进一步下降时，电流还可以从恒流源中通过，最终输出电压最低可以只有几十个毫伏，这就是单电源供电运放的特殊设计起的作用。所以，是否但电源供电，与放大交流没关系，单电源的意义与放大交流信号根本无关。单电源运放的意思是：输出能够尽可能接近负电源电压，如果用单电源供电，输出就能够可能接近0V。如果某种运放在设计上进一步改进使得输出既可以尽可能接近负电源电压，又尽可能接近正电源电压，这种运放便是轨到轨运放。我们看一下三种运放对比： 普通运放：输出既无法达到负电源电压，也无法达到正电源电压。 单电源运放：输出可以达到负电源电压，但无法达到正电源电压。 轨到轨运放：输出既可以达到负电源电压，又可以达到正电源电压。 所以，轨到轨运放一定可以单电源供电，但单电源运放不一定是轨到轨的，但是这两种运放都可以做普通运放使用。，单电源运放实际上就是负轨运放，轨到轨运放是正负轨运放。 单电源运放的好处在于用单电源供电时，放大直流可以从0V输入开始放大，因为可以0V输出。一般的运放单电源供电是不能放大交流的，因为它最低输出只有0V，而交流是有负值的。可见，任何运放单电源供电时，都是不能直接放大交流信号的。那这么办呢？办法就是模拟双电源情况，让运放静态（无交流输入）时，输出为电源电压的一半，这样加入交流输入时输出就在电源电压一半以上摆动，换而言之，输出是一个交流叠加在直流上，然后用电容器隔断直流，取出交流信号。所以，单电源供电运放放大交流，输入输出端都要加电容器隔断直流，让交直流各行其道。那么这种让运放静态时，输出为电源电压一半的电路，就叫偏置电路，偏置电路的设计方法不止一种，常见的是用电阻分压偏置法，但不论哪一种偏置基本原则都是让运放静态输出为电源电压的一半。
图2 图2是常规的单电源放大交流电路，R1、RF构成常规反相放大器，C1、C2是输入输出端的隔值电容，R2、R3是偏置电路，如果R2=R3那么直流输出V0就是电源电压的二分一。无信号时输出为固定的VCC一半，有信号时输出在VCC一半上摆动，经过C2隔断直流输出后，就是纯交流了。 所以，运放单电源供电放大交流信号和单电源供电运放是完全不同的概念。单电源供电运放，仅是指单电源供电时，输出能到0V，一般运放单电源供电时输出到不了0V。单电源运放一般是适合放大从0V开始的直流信号，如果只用来放大交流信号，没有必要用单电源运放，一般运放加偏置就可以了。
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