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

運放的供電方式分雙電源供電與單電源供電兩種。對于雙電源供電運放，其輸出可在零電壓兩側(cè)變化，在差動輸入電壓為零時輸出也可置零。采用單電源供電的運放，輸出在電源與地之間的某一范圍變化。 　　運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)計的運放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個區(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。這種運放稱為軌到軌(Rail-to-Rail)輸入運算放大器。

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，有一點略微的差別)這個功能可以避免由于輸入電壓過大引起的信號翻轉(zhuǎn)失真。

信號處理部分

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

這種三運放構(gòu)成的儀表放大器，可以用在很多產(chǎn)品上，使用最多的，是對傳感器小信號的放大。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，實際上也是個減法器電路。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的時候保護(hù)運放的輸入級。在MCP6002內(nèi)部，還有一個二極管，是保護(hù)輸入電壓低于VSS的時候保護(hù)輸入級。R1的作用有兩個，一個是限制輸入到輸入級的電流，另外一個是在輸入電壓大于VDD的時候，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這個網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，因為我們使用MCP6002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。如果MCP6002的供電方式是雙電源供電，那么REF這個地方是接GND的。

并非是單電源供電運放必須加VCC/2直流偏置，要看處理的是什么信號!

比如處理參考點是零的交流信號，如果不加直流偏置抬升參考點，那負(fù)壓部分就會被運放內(nèi)部輸入級卡掉，所以加偏置僅僅是為了保證給到運放的信號在其能接收的輸入電壓范圍內(nèi)，如果交流信號本身就是在0V以上的信號(包括直流信號)，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。

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，上下擺動到0和Vcc，這樣可以最大程度的使用ADC的全范圍輸入。

運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。

如果我不用這個跟隨器，而是直接用兩個10K電阻分壓連接到REF那個地方，那實際上，REF處的電壓肯定不是2.5V，因為它將會與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將會是一個隨著輸入電壓變化的電壓。 用專業(yè)一點的話來說，就是R8、R9分壓后得到的2.5V電壓輸出阻抗太大。

所以，我們接一個電壓跟隨器，運放的輸出阻抗很小，幾乎為零點幾歐姆。到時候，REF的電壓將不會受到輸入電壓的影響，很好的保持2.5V不變。

你也可以用一個電壓基準(zhǔn)芯片，比如REF3125。但是這樣會增加成本，而且多一個元器件，多占用一點PCB面積，我們本來很小的電路板，還是少放點東西比較好。因為我們剛才在信號處理電路中使用的U4實際上只使用了一個運放，還剩下一個運放，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，對學(xué)電子的同學(xué)一個建議，要想真正懂得電路，有條件一定要自己動手做一下!