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  • 运放参数,轨至轨输入(rail to rail input)介绍
    • 发布时间:2023-07-18 17:32:56
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    运放参数,轨至轨输入(rail to rail input)介绍
    运放的轨至轨输入是指运放的输入端信号电压能够达到电源的两个轨,并保持不失真,如上例输入信号电压可达到+/-15V。运放的输入电压范围可在运放的 datasheet 中找到。就是共模电压范围 Vcm(Common-Mode Voltage Range)。如下表即为 OPA365 的输入电压范围,可见它是典型的轨至轨输入运放。
    一般的 BJT 和 JFET 是非轨至轨输入的运放。如下表所示为 OPA827 共模输入电压范围为(V-)+3V 至(V+)-3V,典型的非轨至轨运放。
    运放 轨至轨输入
    图 OPA827 的输入电压范围
    单电源(我们暂且称之为“单电源”)运放的输入级通常有三种结构,第一种是采用 PMOS 做差分输入级。这样的运放输入级电压可以低于负电源轨 0.2 甚至 0.3V,但达不到正电源轨,如 OPA336。下表是 datasheet 中标出的 OPA336 输入电压范围。
    运放 轨至轨输入
    图 OPA336 的输入电压范围
    它的输入级原理框图如下图,典型的 PMOS 差分输入级。
    运放 轨至轨输入
    图 OPA336 的 PMOS 差分输入级
    既然 PMOS 差分输入级输入电压不能达到正电源轨,那 NMOS 呢,对头,NMOS 差分输入级的输入电压可以达到正电源轨,但是达不到负电源轨,一般会在负电源轨的 1.2V 之上。
    此时有人想到了,把 PMOS 和 NMOS 差分输入级并联起来,在接近电源负电压轨时使 PMOS 差分输入级工作,在接近电源正电源轨时使 NMOS 差分输入级工作,这样就可以实现运放的轨至轨输入了!
    的确,早先的轨至轨输入运放就是这样设计的,并且现在也在大量使用这种技术。如下图是 OPA703 的输入级,就是典型的 PMOS 与 NMOS 相并联的运放输入级。
    运放 轨至轨输入
    图 OPA703 的 datasheet 中给出的共模电压输入范围(V-)-0.3V 至(V+)+0.3V
    当输入共模电压在(V-)-0.3V<Vcm<(V+)-2V 时 PMOS 处于工作状态,NMOS 处于关闭状态。当输入共模电压在(V-)-2V<Vcm<(V+)+0.3V 时 NMOS 处于工作状态,PMOS 处于关闭状态”。
    Bipolar 输入级运入同样也有这样的结构,如下图是典型 PNP 与 NPN 型三级管并联形成的差分输入级。
    运放 轨至轨输入
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