運(yùn)算放大器電壓范圍——輸入和輸出之解疑釋惑

 我們常常會(huì)收到一些與電源有關(guān)的應(yīng)用問(wèn)題，詢問(wèn)我們運(yùn)算放大器的輸入和輸出電壓范圍到底有多大。既然大家存在這方面的疑惑，那么我們就利用這篇文章來(lái)為大家解疑釋惑：

首先，常見(jiàn)運(yùn)算放大器并沒(méi)有接地端。標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器“不知道”接地的位置，因此它也就無(wú)從知道其工作電源是一個(gè)雙電源(±)還是一個(gè)單電源。只要電源輸入和輸出電壓在其工作范圍以內(nèi)，就不會(huì)出問(wèn)題。

下面是我們需要考慮的三個(gè)重要電壓范圍：

1、總電源電壓范圍。它是兩個(gè)電源端之間的總電壓。例如，30V 的總電壓范圍為±15V。再如，某個(gè)運(yùn)算放大器的工作電壓范圍可能為 6V 到 36V。在低壓極端條件下，它可能為 ±3V 或者 +6V 。在高壓極端條件下，它可能為 ±18V 或者 +36V ，甚至是-6V/+ 30V。沒(méi)錯(cuò)，如果您留心閱讀下面的第 2 點(diǎn)和第 3 點(diǎn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)使用非平衡電源也是可以的。

2、輸入共模電壓范圍(C-M 范圍) 一般是相對(duì)于正負(fù)電源電壓而言的， 如圖1所示。使用類(lèi)似于方程式的方法表示時(shí)，假設(shè)運(yùn)算放大器的 C-M 范圍可以描述為負(fù)軌以上 2V 到正軌以下 2.5V，表示方法為：(V-)+2V 到 (V+)–2.5V。

3、同樣，輸出電壓范圍(即輸出動(dòng)態(tài)范圍性能)是相對(duì)于軌電壓而言的。這時(shí)，它可以表示為 (V-)+1V 到 (V+)–1.5V。

這些例子( 圖1、2和3) 可以運(yùn)用一個(gè)G=1 緩沖器配置結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。重點(diǎn)是，圖1 所示例子的輸出范圍大小被限定為負(fù)軌2V 和正軌2.5V， 原因是輸入C-M 范圍受限。在高增益條件下，可能會(huì)需要配置這種運(yùn)算放大器，以達(dá)到其最大輸出電壓范圍。

圖 1 所示的例子是雙±電源常用的運(yùn)算放大器典型結(jié)構(gòu)。雖然我們不把它稱(chēng)作“單電源”，但是它的確可以通過(guò)將電源保持在規(guī)定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)單電源工作。 圖 2 顯示了一種所謂的單電源運(yùn)算放大器。它擁有一個(gè) C-M 范圍，該范圍可以擴(kuò)展至負(fù)軌，但通常會(huì)稍低于負(fù)軌。這樣，它便可以應(yīng)用于更多電壓接近零的電路中。因此，盡管不被稱(chēng)為“單電源”的運(yùn)算放大器可以用于某些單電源電路中，但真正的單電源型運(yùn)算放大器在這些應(yīng)用中則更加常見(jiàn)。

在這種 G=1 緩沖器電路中，這種運(yùn)算放大器可從 V-軌(受限于輸出大小)得到0.5V 的輸出動(dòng)態(tài)范圍，并從 V -軌(受限于輸入 C-M 范圍)得到 2.2V 的輸出動(dòng)態(tài)范圍。 圖 3 顯示了一個(gè)軌至軌運(yùn)算放大器。它工作時(shí)，輸入電壓可以等于甚至略微大于兩個(gè)電源電壓軌，如圖 3 所示。軌至軌輸出意味著，輸出電壓可以非常接近于軌，但通常在電源軌的10mV 到100mV 范圍內(nèi)。一些運(yùn)算放大器標(biāo)聲稱(chēng)只有一個(gè)軌至軌輸出，缺少圖 3 所示輸入特性。軌至軌運(yùn)算放大器用于單 5V 電源和單 5V 以下電源的情況非常普遍，因?yàn)樗鼈兛稍谟邢揠娫措妷悍秶伦畲蠡盘?hào)電壓輸出的性能。

軌至軌運(yùn)算放大器非常誘人，因?yàn)樗鼈兎艑捔诵盘?hào)電壓限制，但是，它們并非總是我們的最佳選擇。同我們生活中的其他選擇一樣，它在其他性能方面通常會(huì)有一些折扣。但是，這同時(shí)就是你作為一名模擬設(shè)計(jì)人員的價(jià)值所在。我們的生活充滿了各種復(fù)雜的問(wèn)題和選擇，但我們?nèi)匀粚?duì)它充滿熱愛(ài)。