運放的輸入電壓范圍與輸出電壓范圍

輸入電壓范圍：Input Voltage Range

定義：保證運算放大器正常工作的最大輸入電壓范圍，也稱為共模輸入電壓范圍。請一定看清楚，是輸入電壓，不是電源電壓，有的同學在做實驗時根本就沒有搞清楚什么是電源電壓，什么是輸入電壓!

優(yōu)劣評定：一般運放的輸入電壓范圍比電源電壓范圍窄1V到幾V，比如一個運放用±15V供電，輸入電壓范圍在-12V~13V。較好的運放輸入電壓范圍和電源電壓范圍相同，甚至超出范圍0.1V。比如±15V供電，輸入范圍在-15.1V到15.0V。當運放最大輸入電壓范圍與電源范圍比較接近時，比如相差0.1V甚至相等、超過，都可以叫“輸入軌至軌”，表示為Rail-to-rail input，或RRI。

理解：運放的兩個輸入端，任何一個的輸入電壓超過此范圍，都將引起運放的失效。注意，超出此范圍并不代表運放會被燒毀，但絕對參數(shù)中出現(xiàn)的此值是堅決不能超過的。

圖1給出了輸入電壓范圍和輸出電壓范圍的示意。下方的OP07數(shù)據(jù)手冊中，可以看出在±15V供電時，其輸入電壓范圍只有±14V。

圖1 雙電源供電、單電源供電以及軌定義示意圖

圖2 OP07運放手冊中的輸入電壓范圍

輸出電壓范圍：VOH/VOL或者Swing from rail

定義：在給定電源電壓和負載情況下，輸出能夠達到的最大電壓范圍?；蛘呓o出正向最大電壓VOH以及負向最小電壓VOL——相對于給定的電源電壓和負載;或者給出與電源軌(rail)的差距。好像有點拗口了，說人話就是運放的輸出電壓最大到多大，能否達到或接近電源電壓!

優(yōu)劣范圍：一般運放的輸出電壓范圍要比電源電壓范圍略窄1V到幾V。較好的運放輸出電壓范圍可以與電源電壓范圍非常接近，比如幾十mV的差異，這被稱為“輸出至軌電壓”。這在低電壓供電場合非常有用。當廠家覺得這個運放的輸出范圍已經(jīng)接近于電源電壓范圍時，就自稱“輸出軌至軌”，表示為Rail-to-rail output，或RRO。

理解：在沒有額外的儲能元件情況下，運放的輸出電壓不可能超過電源電壓范圍，隨著負載的加重，輸出最大值與電源電壓的差異會越大。這需要看數(shù)據(jù)手冊中的附圖。

輸出電壓范圍，或者輸出至軌電壓有如下特點：

(1)正至軌電壓與負至軌電壓的絕對值可能不一致，但一般情況下數(shù)量級相同;

(2)至軌電壓與負載密切相關，負載越重(阻抗小)至軌電壓越大;

(3)至軌電壓與信號頻率相關，頻率越高，至軌電壓越大，甚至會突然大幅度下降;

(4)至軌電壓在20mV以內，屬于非常優(yōu)秀。

在做基本運算放大電路實驗時，有心的同學應該就發(fā)現(xiàn)了，在反向比例放大電路中，輸入電壓是2V，但是測量得到的輸出電壓不是-20V，實際電壓只有-12V左右，當時就有同學問我這個問題，我的回答是我只能告訴你結果是對的，至于為什么需要自己去查資料，不知道你查到了嗎?

下表摘自TI公司生產(chǎn)的運算放大器uA741。在供電電壓為±15V，RL=10K歐時，其輸出電壓范圍是±12V，至軌電壓是3V，很大了。

表1 uA741電氣參數(shù)

通過上面的學習，希望同學們以后在設計電路時一定要注意到至軌電壓的問題，如果你的設計要求輸出電壓要接近電源電壓，那么一定要選擇輸出軌至軌的運放。