運算放大器輸出驅(qū)動能力的方法分析（二）
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運放數(shù)據(jù)手冊中的輸出參數(shù)通常用一些根據(jù)合理數(shù)量的單位計算出的圖來表示。數(shù)據(jù)手冊中的圖可以說是屬于"線性"工作區(qū)，因為它們顯示的是閉環(huán)工作條件下的典型特征。當然，大多數(shù)運放是在閉環(huán)條件下工作的，但是在某些特定的應(yīng)用中，也需要在開環(huán)條件下工作。這意味著運放不能像通常那樣，保持輸入端之間的電壓差為0。這是由于快速的輸入變化要求運放的輸出在很短的時間內(nèi)改變。這就是說，環(huán)路是開放的，同時輸出向最終值變化，在這段時間內(nèi)，輸入端之間會有一個很大的電壓差。一旦達到最終的輸出值，輸入電壓差又會再次減小到非常接近于0V(即輸出電壓除以運放很大的開環(huán)增益)。
像前面所解釋的那樣，一些運放由于架構(gòu)的原因，在"開環(huán)"條件下能明顯地提供更高的電流。但是在被用來在一個負載上維持一定量的電壓擺幅這樣的穩(wěn)定正常的閉環(huán)條件下，輸出電流能力必須在很小的輸入過驅(qū)動電壓條件下被確定。輸入過驅(qū)動電壓要大于運放輸入級的輸入失調(diào)電壓，但不能太大，否則會影響電流能力。
為了得到輸出特征圖，制造商會使用開環(huán)或閉環(huán)結(jié)構(gòu)進行測量。只要遵循輸入過驅(qū)動電壓的要求，得到的結(jié)果是相同的。如圖3a所示，在測量開環(huán)輸出電流時，待測器件(DUT)的輸出連接一個可變的電流源(或電流沉)發(fā)生器(Go)，并由雙電源供電。
圖3：測量輸出特征。
只需在輸入端施加足夠的差分電壓，來克服輸入失調(diào)電壓并"產(chǎn)生"輸出(對于源電流能力的測試，朝向正電源;對于輸出阱電流的測試，朝向負電源)。此電壓被稱作"輸入過驅(qū)動電壓"(VID)。大多數(shù)運放需要大約20mV左右的輸入過驅(qū)動電壓來達到完全電流輸出能力。為了支持較小的輸出失真，在指定輸出電流時，輸入過驅(qū)動電壓應(yīng)小于+/-20mV。在這些條件下，輸出電流源(電流阱)發(fā)生器可以在適當?shù)姆秶鷥?nèi)進行掃描，并且記錄每個掃描點的輸出電壓。將輸出電壓(直接給出或是與之對應(yīng)的電源電壓之間的關(guān)系)與對應(yīng)的發(fā)生器的輸出電流畫在圖上，就得到了輸出特征圖。如果允許電流源(電流阱)發(fā)生器提供一個足夠大的電流，最終得到的點的輸出電壓會精確地等于V+和V-之和的1/2(在電源對稱的系統(tǒng)中就是地)。這一點對應(yīng)的電流值就是數(shù)據(jù)手冊上的"輸出短路電流"，大多數(shù)運放的數(shù)據(jù)手冊中通常會提供這個數(shù)值。如圖1所示，輸出短路電流大約為100mA，與之相對應(yīng)的縱軸坐標為5V(對于+/-5V的電源)。
圖3b中的設(shè)置與圖3a中的相似，也能被用來測量輸出特征。兩種設(shè)置的差別在于，在圖3b的電路中，DUT的環(huán)路通過RF和RG閉合。為了測量一個給定VOUT下的輸出電流能力，需要設(shè)置適當?shù)腣IN來得到所需的VOUT。Go會一直增大直到達到所需的輸入過驅(qū)動電壓(VID)(通常小于+/-20mV，并大于輸入失調(diào)電壓，其值可以通過VOUT的下降(ΔVOUT)測得)。RF和RG的數(shù)值已知情況下，輸入過驅(qū)動電壓(VID)與VOUT下降之間的關(guān)系為：
VID= ( VOUT/(1+RF/RG)，其中( VOUT是由于Go增大所引起的VOUT的變化
例如，當RF=10K、RG=1K時，如果Vin =-0.3V，則輸出將為3V。所需的20mV的輸入過驅(qū)動電壓對應(yīng)于由Go的電流變化所引起的輸出電壓220mV{=20mV * (1+10)= 220mV}的改變，或VOUT= 2.78V。
值得注意的是，一些專門為低功耗應(yīng)用所設(shè)計的高壓擺率的電壓反饋運放，在前端使用了"壓擺率增強"電路。這樣能使運放節(jié)省功耗，并產(chǎn)生高速的大信號輸出擺幅(換句話說就是高壓擺率)。例如美國國家半導體公司的兩款高速運放LM7171和LMH6657。為了達到上述目的，大輸入擺幅增加了向內(nèi)部補償節(jié)點的電容所提供的電流，這一電容通常是用來限制運放壓擺率的。因此，這一類器件的壓擺率與輸入過驅(qū)動電壓相關(guān)。
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