用運(yùn)放搭建的反相放大電路輸入為0V，輸出居然達(dá)到了2.2V，原因你能想到嗎？

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Part 01

前言

上一篇文章我們分享了運(yùn)算放大器的“時髦”參數(shù)：軌至軌，相信大家已經(jīng)了解了軌至軌運(yùn)放和普通運(yùn)放的區(qū)別，上一篇文章中我們提到一句話：運(yùn)算放大器的軌至軌特性對于單電源供電的運(yùn)放來說比較重要。為了讓大家深入理解這句話的深刻含義，今天就介紹一個實(shí)際案例，讓你深刻明白軌至軌特性在一些應(yīng)用場景下的作用。

反相放大電路相信大家都很熟悉了，當(dāng)反相輸入端電壓為0V時，我們期望的輸出電壓也應(yīng)該是0V，但是下面這個電路反相輸入端電壓為0V時輸出電壓居然有2.2V之高，原因何在呢？

Part 02

電路分析

先簡單介紹一下反相放大電路的分析方法：運(yùn)算放大器具有非常高的開環(huán)增益，因此在負(fù)反饋?zhàn)饔孟拢瑫纬伞疤摱獭焙汀疤摂唷碧匦裕?/p>

虛短：同相輸入端和反相輸入端電位相同。因?yàn)橥噍斎攵私拥兀苑聪噍斎攵艘彩?V，稱為“虛地”。

虛斷：理想運(yùn)放的輸入電流為零，即從同相輸入端和反相輸入端流入的電流非常小，可以近似為零。

基于以上特性，我們可以通過以下步驟分析電路的工作：

輸入電流Iin：由于反相輸入端為虛地（0V），輸入信號電流Iin可以表示為：

輸出電流If：由于虛斷特性，幾乎沒有電流流入運(yùn)放，因此所有的Iin都流經(jīng)反饋電阻Rf。根據(jù)歐姆定律，輸出電壓Vout為：

所以問題電路圖中的運(yùn)放搭建的反相放大電路的放大倍數(shù)就是-1：

Part 03

問題分析

一般我們看到放大電路輸出電壓有問題，我們最先想到的這是不是運(yùn)放輸入失調(diào)電壓導(dǎo)致的呢？查閱了運(yùn)放的規(guī)格書，發(fā)現(xiàn)運(yùn)放自身最大輸入失調(diào)電壓也才660uV，即便考慮電源電壓，偏置電流導(dǎo)致的輸入失調(diào)電壓，總共的輸入失調(diào)電壓也基本在1mV左右，乘以電路的放大倍數(shù)也得不到2.2V的輸出啊，那原因就不是出在這了。

看到這，肯定有人會說模型有問題？芯片有問題？別慌，還有一個重要的因素我們沒考慮，那就：軌至軌，這個運(yùn)放不是軌至軌運(yùn)放，只是一個普通運(yùn)放，何以見得呢？還是去看規(guī)格書中的VoH/VoL參數(shù)：當(dāng)電源電壓±15V供電時，運(yùn)放的輸出電壓典型值為+12.3V/-12.7V，和正電源軌差了2.7V，和負(fù)電源軌差了2.3V，我們搭建的反相放大電路的采用的是單電源供電，這意味著負(fù)電源軌是0V，所以當(dāng)輸入是0V時，輸出一定會比0V高，參考規(guī)格書中給出的雙電源供電時，輸出大概和負(fù)正電源軌相差2.3V，那單電源供電時，輸出大概為0V+2.3V=2.3V，這和仿真結(jié)果基本吻合。

有人會說，上面會不會只是你的猜測？如何證明呢？其實(shí)很簡單，既然我們懷疑是運(yùn)放的至軌電壓引起的這個問題，那我們就把運(yùn)放的負(fù)電源軌改為-3V，這樣輸入0V時，理論上輸出就不應(yīng)該存在至軌電壓的問題了，仿真試一下：

仿真波形如下，我們會發(fā)現(xiàn)此時輸出只有218uV了，這218uV就是運(yùn)放是輸入失調(diào)電壓導(dǎo)致的了，所以通過上面的分析你會發(fā)現(xiàn)運(yùn)放的“軌至軌”特性在單電源供電的電路中影響很大吧，特別是多級運(yùn)放，下一級運(yùn)放把上一級運(yùn)放的2.2V一放大，那輸出會更離譜，所以運(yùn)放能否軌至軌很重要，選型時一定要考慮，重視此參數(shù)?。?！