单电源运放偏移的疑问

最近在使用运放时，发现了几个问题。
假设运放的输入信号VG1是一个无偏置的正弦交流信号，那么由于运放是单电源供电，不能输入负压，故VF2的波形如图2所示，通过图2的几个波形可知，对于输入信号的正半周是可以正常放大的，放大倍数恰好为2。
但是输入信号VG1假设有偏置，如图3，此处有6V的偏置，所以输入电压范围是3.5V~8.5V，但是运放最大输出电压也就是11V，所以VF2会在5.5V左右被钳位，无法继续升高(因为输出已经为恒定值)，这说明了输入信号虽然被抬高到没有负值，但输入范围(最大电压)却超出了运放所能处理的范围。
但是为了使整个输入波形被放大，需要再图3的基础上(VG1加偏置)，对VF2加同样大小的偏置(如图4所示)。此时，输出的波形将如图5所示。好像8.5V的输入电压被放大到11V了，好像放大倍数减小了。仔细分析可知，是VF2端的偏置电压构成了反向放大器，与VG1构成的同向放大器的综合结果就是将直流偏置的放大效果减去了，但直流偏置是实实在在加到电路里的，不会被抵消，所以输出电压还要加上这个偏置，即±2.5V被放大2倍是±5V，再加上6V的偏置，即输出电压为1~11V，相当于原双电源供电以地为参考点的放大电路变成了单电源供电以直流偏置为参考点的放大电路，放大倍数并未有发生变化(相对于参考点)。所以，此时直流偏置，可以被称作"参考地"。通常这个直流电平的值取电源的一半，这样输出波形就正负对称，能够获得最大的范围。
但是如果VF2电位不是6V呢？如果将图4的R4取为2k，那么VF2的电位就会降低，同向端和反向端便会有残余的直流电位被放大，如果没有直流电位被放大，此时运放已达到最大输出电压，如果有残余电位被放大，必然会超出运放最大输出范围，产生"削顶"，如果R5取为2k，R4不变，那么VF2的电位便会升高，那么就会有负的直流电位被放大，同样的道理，此时便会产生"削底"，分别如图6，图7所示。其实，这可以看成输出范围不变，"参考地"的变化带来的效果，比如参考地变小，往下移动，会产生削顶，参考地变大，往上移动，会产生削底。
另外运放的输出能力也要考虑，如果负载过轻，驱动电流不够，就会使输出电压打不到希望的值，如图8，图9所示。
这里总结了一些运放常用的问题，希望起到温故知新，查漏补缺的功能。
学会记录问题是一个好的习惯。

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