一文读懂运放压摆率

时间:2022-11-11作者:佚名

(1)输入电压范围(Input Voltage Range)

定义:保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围,规格书中经常使用Vcm这个参数来给出该范围。

理解:运放的两个输入端,任何一个的输入电压超过此范围,都将引起运放的失效。注意,超出此范围并不代表运放会被烧毁,但绝对参数中出现的此值是坚决不能超过的。之所以叫共模输入电压范围,是因为运放正常工作时,两个输入端之间的差压是很小的,某个输入端的电压与两个输入端电压的平均值(共模)是基本相同的。

1)Vcm是指运放两个直接输入端的电压。并不一定是外部信号电压。一定要搞清楚!看看这个例子。供电电压是 /-5V,但是信号电压是10V,可是到运放的输入是1V,那么就在这个共模电压的范围内了。

2)另外,之前在CMRR的时候,提到过,就是两个输入端的平均值。这个概念没有问题。我要问的是下面这个问题:按理说这是平均值,我们来进行简单的推导,就是Vp Vn因该在2倍Vcm的范围内。那么按照这样算法,岂不是Vp和Vn的范围都应该是2倍的Vcm?那为啥每个端口都应该遵守Vcm的范围呢?因为这两个端口的值是相同的,为啥,虚短么。当然这里没有考虑Vos啊(即两者并不完全相等,最多几个mV)。这就是为什么也叫共模电压输入范围,即正常工作时,每一个输入的电压与两个输入端的电压平均值基本相同。所以对于每个输入端,效果是一样的,即你看到的都是共模电压。

3)在使用运放时,不要超过规格书给出的共模输入电压范围。如果超过的话,那么将会出现失真。仿真看一下。

(2)输出电压范围(Output Voltage Range)

定义:在给定电源电压和负载情况下,输出能够达到的最大电压范围。或者给出正向最大电压 VOH 以及负向最小电压 VOL——相对于给定的电源电压和负载;或者给出与电 源轨(rail)的差距。

优劣范围:一般运放的输出电压范围要比电源电压范围略窄 1V 到几 V。较好的运放 输出电压范围可以与电源电压范围非常接近,比如几十 mV 的差异,这被称为“输出至轨 电压”。

理解:在没有额外的储能元件情况下,运放的输出电压不可能超过电源电压范围,随着负载的加重,输出最大值与电源电压的差异会越大。这需要看数据手册中的附图。输出电压范围,或者输出至轨电压有如下特点:

1) 正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致,但一般情况下数量级相同;

2) 至轨电压与负载密切相关,负载越重(阻抗小)至轨电压越大;

3)至轨电压与信号频率相关,频率越高,至轨电压越大,甚至会突然大幅度下降;

4) 至轨电压在 20mV 以内,属于非常优秀。

输入共模电压范围是 /-13V。而输出电压范围是 /-13V。

此时的输入是 /-1.5V,满足输入共模电压的范围,而想要得到 /-15V的输出,这个就超出了输出电压的范围了,所以输出失真,被削波了。

(3)输入和输出电压摆幅(Input voltage range and output voltage swing)

首先什么是轨,这里轨有输入信号的正负轨,以及输出信号正负轨,另外在者就是电源的正负轨。

而轨到轨就是,输入信号或者输出信号的轨到电源轨。例如输入到轨电压就是输入信号最大值到电源轨之间的电压。

1)输入轨到轨

一般运放的输入电压范围都要比电源电压小1V以上,即输入到轨电压要>1V,例如 /-5V供电的话,那么输入电压范围在-4V~ 3V。

而有的运放输入信号电压可以与电源电压相同,甚至超过输入电压一点,例如0.1V。例如 /-5V供电,输入电压范围可以在-5.1V~ 5V。

所以当输入信号电压与电源电压相近,相等甚至超过的时候,就可以称该运放为输入轨到轨运放RRI。

2)输出轨到轨

一般运放的输出信号电压范围都要比电源电压小1V以上,即输出到轨电压要>1V

而有的运放输出信号电压可以与电源电压范围范围非常接近,比如几十mV的差异,这个时候,运放将会被称为输出轨到轨运放RRO。

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