運算放大器電壓范圍――輸入和輸出之解疑釋惑

我們常常會收到一些與電源有關(guān)的應用問題，詢問我們運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為大家解疑釋惑：

首先，常見運算放大器并沒有接地端。標準運算放大器“不知道”接地的位置，因此它也就無從知道其工作電源是一個雙電源(±)還是一個單電源。只要電源輸入和輸出電壓在其工作范圍以內(nèi)，就不會出問題。

下面是我們需要考慮的三個重要電壓范圍：

1、總電源電壓范圍。它是兩個電源端之間的總電壓。例如，30V 的總電壓范圍為±15V。再如，某個運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。沒錯，如果您留心閱讀下面的第 2 點和第 3 點，會發(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) 一般是相對于正負電源電壓而言的， 如圖1所示。使用類似于方程式的方法表示時，假設運算放大器的 C-M 范圍可以描述為負軌以上 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(即輸出動態(tài)范圍性能)是相對于軌電壓而言的。這時，它可以表示為 (V-)+1V 到 (V+)–1.5V。

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

圖 1 所示的例子是雙±電源常用的運算放大器典型結(jié)構(gòu)。雖然我們不把它稱作“單電源”，但是它的確可以通過將電源保持在規(guī)定范圍內(nèi)實現(xiàn)單電源工作。 圖 2 顯示了一種所謂的單電源運算放大器。它擁有一個 C-M 范圍，該范圍可以擴展至負軌，但通常會稍低于負軌。這樣，它便可以應用于更多電壓接近零的電路中。因此，盡管不被稱為“單電源”的運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算放大器在這些應用中則更加常見。

在這種 G=1 緩沖器電路中，這種運算放大器可從 V-軌(受限于輸出大小)得到0.5V 的輸出動態(tài)范圍，并從 V -軌(受限于輸入 C-M 范圍)得到 2.2V 的輸出動態(tài)范圍。 圖 3 顯示了一個軌至軌運算放大器。它工作時，輸入電壓可以等于甚至略微大于兩個電源電壓軌，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)。一些運算放大器標聲稱只有一個軌至軌輸出，缺少圖 3 所示輸入特性。軌至軌運算放大器用于單 5V 電源和單 5V 以下電源的情況非常普遍，因為它們可在有限電源電壓范圍下最大化信號電壓輸出的性能。

軌至軌運算放大器非常誘人，因為它們放寬了信號電壓限制，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有一些折扣。但是，這同時就是你作為一名模擬設計人員的價值所在。我們的生活充滿了各種復雜的問題和選擇，但我們?nèi)匀粚λ錆M熱愛。