不加負(fù)壓怎么讓運(yùn)放避開最小輸出電壓限制

以下文章來源于24c01硬件電子 ，作者24c01

之前討論過關(guān)于運(yùn)算放大器輸出軌的問題，即運(yùn)算放大器的輸出會(huì)由于內(nèi)部限制會(huì)有一個(gè)輸出電壓范圍，而且這個(gè)輸出電壓范圍也是受到溫度以及輸出電流（負(fù)載）影響，例如下圖截取自LTC2058：

就像上圖所寫，這顆LTC2058運(yùn)算放大器如果是單電源供電的話，比如12V和GND，那么輸出最低的電壓只能是0V+5mV = 5mV（空載典型值）。

那么能讓運(yùn)算放大器輸出0V呢？這個(gè)其實(shí)以前的推文有介紹過一種方法，就是雙電源供電，即給運(yùn)放加個(gè)負(fù)壓，比如±5V供電，那么運(yùn)放的輸出的最低電壓就是-5V+5mV=-4.995V，那么運(yùn)算放大器自然而然的就可以輸出0V電壓了。這種方法在《新概念模擬電路基礎(chǔ)》里也有介紹，如下圖：

那么本文介紹第二種方法，即不加負(fù)壓供電，如何能避開這個(gè)最小輸出電壓，這個(gè)也是LTC2058里的典型應(yīng)用電路（下圖截取自LTC2058的數(shù)據(jù)手冊(cè)），如下圖，藍(lán)色曲線是不增加二極管的輸出電壓曲線，紅色是輸出端串聯(lián)二極管的輸出曲線，黑色是理想運(yùn)算放大器的輸出曲線（輸出完全完全軌到軌，單電源供電情況下也可以0V~VCC輸出電壓）：

上圖，是一個(gè)低端電流檢測(cè)放大電路，是一個(gè)同相比例放大器，放大倍數(shù)是101倍，輸出電壓Vout = Vsense*101。

例如同相輸入端檢流電阻上的電壓Vsense = 30uV

不串聯(lián)二極管的情況：

理想運(yùn)算放大器（輸出完全軌到軌）輸出電壓Vout為30uV*101 = 3.03mV。

然而實(shí)際運(yùn)算放大器（輸出到電源軌會(huì)有幾mV~十幾mV甚至更多的電壓差，尤其是非軌到軌運(yùn)放）。由于是單電源供電，而且3.03mV＜5mV（運(yùn)放能輸出的最低電壓），所以本例子中LTC2058輸出為5mV。

加二極管的情況（假設(shè)二極管壓降1V）：

理想運(yùn)算放大器輸出電壓為1V+3.03mV，減去二極管壓降最終輸出3.03mV。

**實(shí)際運(yùn)算放大器輸出電壓為1V+3.03mV（大于最小輸出電壓5mV），由于二極管在反饋環(huán)內(nèi)，所以說最終輸出電壓仍然是3.03mV。那么這樣就避免了單電源供電的應(yīng)用場(chǎng)合下觸及輸出最小電壓的問題了。**如下圖：

運(yùn)算放大器輸出串聯(lián)二極管的仿真電路，可以看到避開了輸出軌的輸出最低電壓：

運(yùn)算放大器輸出端去掉二極管后的輸出電路，可以看到受到輸出軌的最小輸出電壓影響：

運(yùn)算放大器輸出端去掉二極管后，使用雙電源供電，可以看到也避開了輸出最小電壓：

總結(jié)：這個(gè)方法可以在不加負(fù)壓供電的同時(shí)有效的避開運(yùn)放的最小輸出電壓（輸出軌最低點(diǎn)問題），不過由于增加了二極管的壓降Vf，也會(huì)導(dǎo)致最終的輸出最高電壓（二極管陰極電壓）受限，比如不加二極管時(shí)最高時(shí)輸出5V，那么加了二極管后，最終輸出電壓只能是5V-Vf。這個(gè)電路優(yōu)點(diǎn)很明顯，缺點(diǎn)也很明顯。當(dāng)然就算加了二極管，也無法真正輸出0V，因?yàn)闀?huì)受到失調(diào)電流和失調(diào)電壓的影響。