我們很多模擬電路工程師，特別是新手對(duì)于運(yùn)放軌對(duì)軌和偏置電路設(shè)計(jì)理解的不夠透徹，今天我們來詳細(xì)的介紹一下相關(guān)設(shè)計(jì)，以MCP6002為例。

運(yùn)放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對(duì)于雙電源供電運(yùn)放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動(dòng)輸入電壓為零時(shí)輸出也可置零。采用單電源供電的運(yùn)放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。 　　運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱為軌到軌(Rail-to-Rail)輸入運(yùn)算放大器。

什么是軌到軌?中文直譯：軌到軌;中文意譯：滿擺幅(可以為輸出，也可以為輸入)很多運(yùn)放的輸入不允許達(dá)到電源或地，輸出達(dá)不到電源或地。如果是rail to rail輸入輸出，就可以。(當(dāng)然也不可能完全達(dá)到，有一點(diǎn)略微的差別)這個(gè)功能可以避免由于輸入電壓過大引起的信號(hào)翻轉(zhuǎn)失真。

信號(hào)處理部分

我們要做的電路是三個(gè)運(yùn)放構(gòu)成，一個(gè)MCP6002里邊有兩個(gè)運(yùn)放，所以我們使用兩個(gè)MCP6002。

這種三運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器，可以用在很多產(chǎn)品上，使用最多的，是對(duì)傳感器小信號(hào)的放大。這是一種典型的電路形式。U3.1和U3.2是電壓跟隨器，U4.1是差分放大電路，實(shí)際上也是個(gè)減法器電路。電路的放大倍數(shù)=R6/R5=100倍。再次強(qiáng)調(diào)，數(shù)電中1就是1，0就是0，學(xué)模電，不能想數(shù)電那樣看了就能理解。一定要多用電路，用的多了，就會(huì)理解越來越深刻。所以，現(xiàn)在不理解，也完全沒有關(guān)系，很多人還會(huì)好奇跟隨器前面的電阻R1和D3。D3的作用是當(dāng)輸入電壓高于VDD的時(shí)候保護(hù)運(yùn)放的輸入級(jí)。在MCP6002內(nèi)部，還有一個(gè)二極管，是保護(hù)輸入電壓低于VSS的時(shí)候保護(hù)輸入級(jí)。R1的作用有兩個(gè)，一個(gè)是限制輸入到輸入級(jí)的電流，另外一個(gè)是在輸入電壓大于VDD的時(shí)候，限制輸入到D3上的電流。(R2、D4的原理和R1、D3一樣。)你可能注意到了R4下邊的REF這個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，因?yàn)槲覀兪褂肕CP6002的單電源供電方式，所以需要在R4的下邊接1/2的VDD，以便獲得全部的信號(hào)。如果MCP6002的供電方式是雙電源供電，那么REF這個(gè)地方是接GND的。

并非是單電源供電運(yùn)放必須加VCC/2直流偏置，要看處理的是什么信號(hào)!

比如處理參考點(diǎn)是零的交流信號(hào)，如果不加直流偏置抬升參考點(diǎn)，那負(fù)壓部分就會(huì)被運(yùn)放內(nèi)部輸入級(jí)卡掉，所以加偏置僅僅是為了保證給到運(yùn)放的信號(hào)在其能接收的輸入電壓范圍內(nèi)，如果交流信號(hào)本身就是在0V以上的信號(hào)(包括直流信號(hào))，采用同相輸入放大下就沒必要在給vcc/2的直流偏置電壓了包括直流信號(hào)。

在REF腳上加Vcc/2電壓應(yīng)該是和你的應(yīng)用有關(guān)，比方你后端的ADC輸入范圍有關(guān)。加Vcc/2,相當(dāng)于把輸出加了偏置，可以保證輸出以Vcc/2為中心，上下擺動(dòng)到0和Vcc，這樣可以最大程度的使用ADC的全范圍輸入。

運(yùn)放的供電方式有兩種：一種是單電源供電，例如5V和GND;另外一種是雙電源供電，例如±5V。

我們使用下面的電路給REF提供2.5V的電壓。

電壓跟隨器

這是一種非常常見的給單電源運(yùn)放提供1/2VDD電壓的一種方法，大家首先要熟記，然后聽我給你們解釋。

如果我不用這個(gè)跟隨器，而是直接用兩個(gè)10K電阻分壓連接到REF那個(gè)地方，那實(shí)際上，REF處的電壓肯定不是2.5V，因?yàn)樗鼘?huì)與R3、R4一起參與組成串并聯(lián)的電阻網(wǎng)絡(luò)一起分壓輸入電壓，REF將會(huì)是一個(gè)隨著輸入電壓變化的電壓。 用專業(yè)一點(diǎn)的話來說，就是R8、R9分壓后得到的2.5V電壓輸出阻抗太大。

所以，我們接一個(gè)電壓跟隨器，運(yùn)放的輸出阻抗很小，幾乎為零點(diǎn)幾歐姆。到時(shí)候，REF的電壓將不會(huì)受到輸入電壓的影響，很好的保持2.5V不變。

你也可以用一個(gè)電壓基準(zhǔn)芯片，比如REF3125。但是這樣會(huì)增加成本，而且多一個(gè)元器件，多占用一點(diǎn)PCB面積，我們本來很小的電路板，還是少放點(diǎn)東西比較好。因?yàn)槲覀儎偛旁谛盘?hào)處理電路中使用的U4實(shí)際上只使用了一個(gè)運(yùn)放，還剩下一個(gè)運(yùn)放，所以正好拿它來做REF的電壓提供，兩全其美。

不知道，這樣講清楚不清楚。還有，對(duì)學(xué)電子的同學(xué)一個(gè)建議，要想真正懂得電路，有條件一定要自己動(dòng)手做一下!