运算放大器电压范围—输入和输出之解疑释惑

运算放大器电压范围一输入和输出之解疑释惑

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热度317栗浏览3277次【共1条评论】【我要评论】时间：2012年12 J] 06 H 21:55 作者：TI 专家Bruce Trump

我们常常会收到一些与电源有关的应用问题，询问我们运算放大器的输入和输出电压范围到底有多大。既然大家存在这方面的疑惑，那么我们就利用这篇文章来为大家解疑释惑：

首先，常见运算放大器并没有接地端。标准运算放大器''不知道〃接地的位置，因此它也就无从知道其工作电源是一个双电源(土)还是一个单电源。只要电源输入和输出电压在其工作范围以内，就不会出问题。

下而是我们需要考虑的三个重要电压范围：

1、总电源电压范围。它是两个电源端之间的总电压。例如，30 V 的总电压范围为±15V。再如，某个运算放大器的工作电压范围可能为6V到36V。在低压极端条件下，它可能为±3V或者+6 Vo在高压极端条件下，它可能为±18V或者+36V,甚至是-6 V/+30V。没错，如果您留心阅读下而的第2点和第3点，会发现使用非平衡电源也是可以

的。

2、输入共模电压范围(C・M范围)一般是相对于正负电源电压而言的，如图1所示。使用类似于方程式的方法表示时，假设运算放大器的C-M范围可以描述为负轨以上2V到正轨以下2.5V,表示方法为:(V-) + 2V 到(V+)-2.5Vo

3、同样，输出电压范围（即输出动态范围性能）是相对于轨电 压而言的。这时，它可以表示为（V-）+lV 到（V+）-l ・5V 。

这些例子（图1、2和3）可以运用一个G = 1缓冲器配置结构 进行说明。重点是，图1所示例子的输出范围大小被限定为负轨2 V 和正轨2.5V,原因是输入C-M 范围受限。在高增益条件下，可 能会需要配置这种运算放大器，以达到其最大输出电压范围。

图1所示的例子是双土电源常用的运算放大器典型结构。虽然 我们不把它称作''单电源〃，但是它的确可以通过将电源保持在规定范 围内实现单电源工作。图2显示了一种所谓的单电源运算放大器。 它拥有一个C-M 范围，该范围可以扩展至负轨，但通常会稍低于负 轨。这样，它便可以应用于更多电压接近零的电路中。因此，尽管不 被称为''单电源〃的运算放大器可以用于某些单电源电路中，但真正的 单电源型运算放大器在这些应用中则更加常见。

iL

iL Voltage range of this Gsl circuit: (V-)*2V to (could be ground) Positive Rail, (V ・)

Output Voltage

Range

Figure 1.

-Negative* Rail, (V-)

在这种G = 1缓冲器电路中，这种运算放大器可从V-轨（受限 于输出大小）得到0.5V 的输出动态范围，并从V ■轨（受限于输入

C-M 范围）得到2.2V 的输出动态范围。图3显示了一个轨至 轨运算放大器。它工作时，输入电压可以等于甚至略微大于两个电源 电压轨，如图3所示。轨至轨输岀意味着，输出电压可以非常接近 于轨，但通常在电源轨的10mV 到1 OOmV 范围内。一些运算放 大器标声称只有一个轨至轨输出，缺少图3所示输入特性。轨至轨 运算放大器用于单5V 电源和单5V 以下电源的情况非常普遍，因 为它们可在有限电源电压范围下最大化信号电压输出的性能。

Positive Rail (W)

"Single Supply" Op Amp —C-

M range to or below

negative rail ・ Examples: OPA234, LM324. Single Supply Op Amps also often ... Output have wider output

Voltage Range voltage swing. o.sv

Voltage 3ge of this G=1 circuit: (V ・)m5V to (V£22V

Figure

2.

"Negative" Rail,(VJ t (often ground)

Y Common-mode 1 voltage r^nge

轨至轨运算放大器非常诱人，因为它们放宽了信号电压限制，但 是，它们并非总是我们的最佳选择。同我们生活中的其他选择一样， 它在其他性能方而通常会有一些折扣。但是，这同时就是你作为一名 模拟设计人员的价值所在。我们的生活充满了各种复杂的问题和选 择，但我们仍然对它充满热爱。 0.2V

2

^Rail-to-RaiP Op

Amp ha$€-M range to or beyond

both rails. Examples ：

OPA320.OPA36S ・ 、

Rath to-rail op •amps has very wide output voltage $ wing. Voltage of this

G=1 circuit ： (V-)21V g (W)oiv

Common mode voltage

range … PQSi 他脚1, (V*) Figure

3.

^Negative* Rail, (V ・)\ ?

(often ground) …Output Voltage Rahg6