重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

  • barrettzxn
  • LV5工程师
  • |      2014-12-30 16:23:47
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         今天,我和大家来说说我了解到的关于运算放大器输入和输出的范围问题。其实我们大家肯定都知道,也重点关注到运放输出不能超过电源轨道,那么关注运放输入电压范围的人可能比关注输出范围的人要少多了。或者说,我们知道运放输出范围受到电源的限制,并且一般要低于电源轨道2~3V左右,那是因为内部推挽管的管压降或许还要加上射级(源级)电阻压降!但是我们却可能不大清楚,输入电压是怎么回事。因为我们一般都是在处理信号,而且我们一般是用双电源去给运放供电,一般我们设置的共模电压都为零,但是当我们设计一些只有2.7~5V供电的单电源,并且要设置一些共模电压。我们就要非常注意输入共模电压和输出电压的范围,其实我在之前的一个心电信号调理电路中就遇到了诸如此类的具有挑战的问题!下面我给出OPA227的手册中关于这两个参数的图:

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

我们可以看到OPA227的输入电压范围在电源轨向内的2V范围,如果我供电+12V-12V,那么我的输入就可以在-10~+10V之内!而输出(在10K负载条件下)也可以达到-10~10V

什么原因造成了输入也有范围呢?大家一定可以猜到下面的情形!

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

下图是CMOS型运放,我们大致可以看出如果输入电压高于(Vs-1)V,那么左边的PMOS管就不能正常开启了,也就不能工作了,所以整个运放功能受到了限制!

好,那么既然有这种限制,就会有解决办法,TI就有一些技术来解决这些问题,我大概的和大家说一下,有一种方法是这样的,对于Bipolar输入级运放,我们可以把NPNPNP的差分输入级并联起来,这样的话,如果电压接近正电源轨,可以让NPN管工作,电压接近负电源轨就可以让PNP管工作!这个办法也就一个缺点就是这个切换之间会引起失调电压的变化,想必这个应该好理解!

结构是这样的:

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

那么COMS差分输入级就可以这样:

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

还有一种方法是这样的,先看图:

重温运算放大器系列之七:运算放大器的输入和输出轨

这个电路的话,他的输入电压达不到正电源轨,如果输入电压大于VCC-1.8VMOS就不能工作了,所以TI采用了一直方法,就是在芯片内部加了个电荷泵,把电压抬到大于VCC的某个值,图中是VCC+1.8V,那么现在,我们的输入就可以达到VCC了。当然甚至可以超出电源轨!

 

 

 

 

 

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蝙蝠魔 2015-02-09
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一地鸡毛 2015-02-06
帮顶了!!谢谢分享!!
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奋发图强 2015-01-29
谢谢分享!顶了!!
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ANWCLM 2015-01-27
帮顶一个!!
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Alax 2015-01-04

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balala 2014-12-31
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ANWCLM 2014-12-31
顶一个!!谢谢分享!!
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