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模拟技术相关技术文章运算放大器输入和输出电压的范围分析

我们常常会收到一些与电源有关的应用问题,询问我们运算放大器的输入和输出电压范围到底有多大。既然大家存在这方面的疑惑,那么我们就利用这篇文章来为大家解疑释惑:

首先,常见运算放大器并没有接地端。标准运算放大器“不知道”接地的位置,因此它也就无从知道其工作电源是一个双电源(±)还是一个单电源。只要电源输入和输出电压在其工作范围以内,就不会出问题。

下面是我们需要考虑的三个重要电压范围:

1、总电源电压范围。它是两个电源端之间的总电压。例如,30V 的总电压范围为±15V。再如,某个运算放大器的工作电压范围可能为 6V 到 36V。在低压极端条件下,它可能为 ±3V 或者 +6V 。在高压极端条件下,它可能为 ±18V 或者 +36V ,甚至是-6V/+ 30V。没错,如果您留心阅读下面的第 2 点和第 3 点,会发现使用非平衡电源也是可以的。

2、输入共模电压范围(C-M 范围) 一般是相对于正负电源电压而言的, 如图1所示。使用类似于方程式的方法表示时,假设运算放大器的 C-M 范围可以描述为负轨以上 2V 到正轨以下 2.5V,表示方法为:(V-)+2V 到 (V+)–2.5V。

运算放大器输入和输出电压的范围分析

3、同样,输出电压范围(即输出动态范围性能)是相对于轨电压而言的。这时,它可以表示为 (V-)+1V 到 (V+)–1.5V。

这些例子( 图1、2和3) 可以运用一个G=1 缓冲器配置结构进行说明。重点是,图1 所示例子的输出范围大小被限定为负轨2V 和正轨2.5V, 原因是输入C-M 范围受限。在高增益条件下,可能会需要配置这种运算放大器,以达到其最大输出电压范围。

图 1 所示的例子是双±电源常用的运算放大器典型结构。虽然我们不把它称作“单电源”,但是它的确可以通过将电源保持在规定范围内实现单电源工作。 图 2 显示了一种所谓的单电源运算放大器。它拥有一个 C-M 范围,该范围可以扩展至负轨,但通常会稍低于负轨。这样,它便可以应用于更多电压接近零的电路中。因此,尽管不被称为“单电源”的运算放大器可以用于某些单电源电路中,但真正的单电源型运算放大器在这些应用中则更加常见。

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