单电源运放添加偏置电压的原因

运放的特点是输出幅值不能超过电源电压的压差，对于传统单电源运放，如LM358，输出电压幅值不能达到电源电压上下限。

单电源运放工作时只能放大对地为正（同向输入）或为负（反向输入）的直流电压，若输入为对地的交流信号时，则只能放大正半波或负半波，另一半波会因为截止而产生严重失真。

为了得到不失真的交流放大信号，需要在输入端叠加一个偏置电压，一般为1/2 VCC。

若在运放的一端输入对地偏置1/2 VCC的信号，另一端接地，则在反向输入的情况下：理论输出为负，但在此情况下单电源运放的下限接近0V，因此输出电压也接近0V，严重失真；在正向输入的情况下：1/2 VCC的偏置电压也被放大，叠加上交流放大信号后很容易超过电源电压，而该部分将不被放大，导致信号严重失真，此种情况下，交流信号不能获得有效的放大倍数。

因此，在实际中，放大信号一端叠加偏置电压后，另一端也要叠加偏置电压，如下图

反向输入：

${V_{{\rm{out}}}} = \frac{1}{2}VCC - \frac{{R2}}{{R1}}{V_1}$

 

同向输入：

${V_{{\rm{out}}}} = \frac{1}{2}VCC + \left( {\frac{{R2}}{{R1}} + 1} \right){V_1}$

 

因为输出端叠加有直流偏置电压，需要加一个隔直电容虑除该直流分量