为了使信号摆幅最大化，单电源运放的输出通常在电源电压的一半处偏置(图1a)。但对于接地负载，这种配置会使IC的功耗达到最大。

解决方案简单而有效:在输出和正电源电压之间连接一个值等于负载电阻的上拉电阻(图1b)。这一特性使运放能够在更高的环境温度下工作，并驱动低阻负载，仅受其输出电压和电流的最大额定值(而不是封装功耗)的限制。

例如，考虑MAX4220四路运放，其中每个输出驱动30欧姆电阻到地。当V(CC) = 5V时，设备超过其封装额定功率。然而，在每个输出端连接30欧姆上拉，可以最大限度地降低IC的功耗，因为每个运放的输出电流为零。功率现在在上拉电阻中耗散，而不是在运放中。

计算图1a中运算放大器的功耗很简单:

P(dc) = (v (cc) - v (out)) v (out)/ r。

求解V(OUT)的微分方程dP(DC)/dV(OUT) = 0表明，当V(OUT) = V(CC)/2时，运放的最大功耗(V(CC)²/4R)出现。

如果将负载电路转换为Thevenin等效电路(图1c)，则负载和上拉电阻电路(图1b)的相应功率计算会更简单:

P (DC) = (V (CC)—— )(V(出)-(1/2)(CC)) /(1/2)R (V(出)≥(1/2)V (CC)),

和P (DC) = V ((1/2)V (CC)—— )/(1/2)R (V(出)≤(1/2)V (CC))。

同样，对这两个方程求解dP(DC)/dV(OUT) = 0表明，当V(OUT) =(3/4)V(CC)和V(OUT) =(1/4)V(CC)时，最大功耗(V(CC)²/8R)发生。请注意，这个最大功率水平只有一半，没有上拉电阻。没有上拉电阻的放大器在V(CC)/2静态点提供最大输出电流，但有上拉电阻(图2)的运放根本没有输出电流!

交流应用也具有类似的功率优势。考虑一个叠加在V(CC)/2直流电平上的正弦信号:V(OUT) =(1/2)V(CC) + V(p)sin欧姆t，其中V(p)是正弦波的峰值。得到的波形如图3所示。计算运算放大器的功耗最简单的方法是求解功率平衡方程，其中电源功率等于负载和运算放大器的功耗之和，因此运算放大器的功耗等于电源功率减去负载功率。

对于图1a的情况，电源功率等于平均电源电流(V(CC)/2R)乘以V(CC)，即V(CC)²/2R。负载中的功率为直流和交流分量之和:(1/R)(1/ 2v (CC))²+ (1/R)(V(p)/2(1/ 2))²。因此，图1a电路的供电功率减去负载功率为P(AC) = V(CC)²/4R - V(P)²/2R，如图4所示。

对于图1b电路，电源功率等于平均电源电流2V(p)/πR乘以V(CC)如图3所示，即2V(p)V(CC)/πR.负载功率为2(V(p)/2((1/2)))²/R，电源功率减去负载功率为p (AC) = 2V(CC)V(p)/πR - V(p)²/R如图4所示。对V(p)求解方程dP(AC)/dV(p) = 0可以得到图1b运放的最大功耗(V(CC)/π)²/R)在V(p) = V(CC)/时出现π．

因此，您可以通过添加单个外部电阻来最小化单电源运放的功耗，从而驱动接地参考负载。

这篇文章的类似版本出现在2001年7月23日的《电子设计》杂志上。