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  • 運放參數(shù)解析,軌至軌(rail to rail)輸出
    • 發(fā)布時間:2023-07-19 19:34:44
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    運放參數(shù)解析,軌至軌(rail to rail)輸出
    軌至軌輸出(rail to rail output)
    現(xiàn)在在低電壓運放的中,很多都是軌至軌輸出。運放的軌至軌輸出是由 MOS 作輸出級設(shè)計實現(xiàn)的。
    早期的運算放大器輸出級是帶有 NPN 電流源或下拉電阻的NPN 射極跟隨器。這種使用 BJT 的互補共射極輸出級無法完全擺動到電源軌,只能擺動到電源軌的晶體管飽和電壓 CESAT 范圍內(nèi)。
    對于較小的負載電流(小于 100 μA ),飽和電壓可能低至 5 至 10mV;但是,對于較高負載電流,飽和電壓可能增加至數(shù)百毫伏。
    軌至軌輸出的本意是指,運放的輸出電壓可以達到電源軌。但實際是它是十分接近電源軌。只說這么一個定義是沒有多大意義的。下面要說一下這里關(guān)于軌至軌輸出的一些需要注意的問題。
    先看下圖datasheet 上的數(shù)據(jù)。看到在不同負載下的輸出離電源軌的電壓值是不同的。
    運放 軌至軌輸出
    這是由于采用 CMOS FET 構(gòu)建的輸出級(如下圖)可以提供近乎真正軌到軌的性能,但只是在空載條件下。如果運算放大器輸出必須流出或吸入相當(dāng)大的電流,則輸出電壓擺幅會降低,降幅為 FET內(nèi)部導(dǎo)通電阻上的 I×R 壓降。
    一般而言,精密放大器的導(dǎo)通電阻在 100 Ω 左右,但高電流驅(qū)動CMOS 放大器的導(dǎo)通電阻可能小于 10 Ω。這就是引起輸入不能完全達到電源軌的根本原因。
    運放 軌至軌輸出
    另一方面,運放的輸出信號到軌的電壓值,隨溫度而變化。這同樣可以在datasheet 中的表格中看到,并且在全溫范圍內(nèi),一般會出現(xiàn)在高溫的情況,輸出信號到軌的電壓值會變大。
    這是由于 MOS 導(dǎo)通電阻,具有正溫度系數(shù),溫度越高,導(dǎo)通電阻越大。這也就是造成了全溫范圍內(nèi)壓差VSAT = VS – VOUT會變大。
    下面引出一張圖表,這張圖表在運放的 datasheet 中非常常見,但也經(jīng)常被忽略,它反應(yīng)了一個重要結(jié)論:隨著溫度的上升,和輸出電流的上升,運放輸出信號與電源軌的壓差VSAT = VS – VOUT也隨之增大。
    原因正如上面所解釋的。當(dāng)然還有一個問題,當(dāng)輸出電壓越接近電源軌時,信號的失真會變的差一點。因此沒有真正能達到電源軌輸出的運放。根據(jù)上面的原因,離電源軌遠一點,更容易達到高的信號質(zhì)量。
    運放 軌至軌輸出
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