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rail-to-rail运算放大器有何特点

高工
2008-09-24 17:16:14     打赏
问?
所谓轨对轨(rail-to-rail)运算放大器轨对轨放大器,指的是放大器输入和输出电压摆幅非常接近或几乎等于电源电压值。该类放大器在实际使用中有何优势呢?

回答:

甲:
rail-to-rail,只是一个概念,其实就是正负电源(±V)供电运算放大器。
其实一切高深的复杂的电路,追根朔源,都可以看作由简单的分离元件组成。
运算放大器供电方式:
1,±V
2,+V和GND。
这两种供电方式,各有各的特点。
1,±V
用三极管的截止失真来说,这种方式输入,不要加入直流输入成分,它的“静态工作点”电压是0V,所以动态范围非常大,接近电源。
优点:失真小,态范围非常大(振幅接近V)
缺点:双电源输入,电路变得复杂。
2,+V和GND。
还拿用三极管的截止失真来说,这种方式输入,如果在输入端不加入直流成分(1/2V),那么在输入信号电压很大时,信号的负半周期,就是出现截止失真。设计方案,在输入端加入直流成分(稍稍大于1/2V),它的“静态工作点”电压是1/2V左右。这样所以动态范围也可以非常大,接近电源1/2V左右。
优点:单电源输入,电路简单
缺点:不接入直流成分,失真大;如果作为高音质声音放大,会引起左右分离度降低等情况。
综上情况,在高性能运算放大器电路中,采用rail-to-rail设计方案比较好。

乙:

轨至轨输入/输出功能扩大了动态范围,最大限度地提高了放大器的整体性能。例如,CMOS型轨至轨输入/输出放大器就比较适用于具有以下特性的单电源应用:输入和输出轨上的摆幅很小、极低的静态电流以及极低的输入偏置电流。但是,其噪声通常比双极性射极跟随器放大器要高得多。
轨至轨运放在整个共模范围内,输入级的跨导基本保持恒定,这对低电压应用是至关重要的。因为当电源电压逐步下降时,晶体管的阈值电压并没有减小,但是运放的共模输入范围越来越小,这可能也正使设计出符合低压低功耗要求,输入动态幅度达到全摆幅的运放成为一种必需。 

丙:

轨至轨输入/输出功能扩大了动态范围,最大限度地提高了放大器的整体性能。例如,CMOS型轨至轨输入/输出放大器就比较适用于具有以下特性的单电源应用:输入和输出轨上的摆幅很小、极低的静态电流以及极低的输入偏置电流。但是,其噪声通常比双极性射极跟随器放大器要高得多。
轨至轨运放在整个共模范围内,输入级的跨导基本保持恒定,这对低电压应用是至关重要的。因为当电源电压逐步下降时,晶体管的阈值电压并没有减小,但是运放的共模输入范围越来越小,这可能也正使设计出符合低压低功耗要求,输入动态幅度达到全摆幅的运放成为一种必需。 

丁:

这个问题怎么越说越复杂了呢?其实搞清楚什么是rail就容易明白什么是rail to rail了。 RAIL就是铁轨,铁轨通常是两条平行走的,和运放所加的电源电压一样:一条+VDD,一条GND (当然也可以是一条+VDD,一条 -VDD)。VDD和GND永远不可能相交(那就短路),和铁轨是一样的道理。老外就喜欢这么叫:The power supply rails are ground and +VDD。
搞明白了rail的原意,我们就可以知道rail-to-rail里的一条rail是指电源+VDD,另一条rail是指GND(双电源时是-VDD). 那输出rail to rail自然就是指输出信号幅度可以从一边的rail(+VDD) 到另一边的rail(GND, 或-VDD) 了。
所以无论是单电源也好, 双电源也好,甚至于不对称电源比如+5和-5.2V, 都可能做到rail-to-rail。



关键词: rail-to-rail     运算     放大器     有何     特点    

菜鸟
2014-08-27 00:58:20     打赏
2楼
轨到轨(rail-to-rail)”的特性即:它的输入或输出电压幅度即使达到电源电压的上下限,此时放大器也不会像常规运放那样发生饱和与翻转。例 如,在+5V单电源供电的条件下,即使输入、输出信号的幅值低到接近0V,或高至接近5V,信号也不会发生截止或饱和失真,从而大大增加了放大器的动态范 围。其原理上的秘诀便在于电流模+NPN/PNP互补输入结构。这在低电源供电的电路中尤其具有实际意义。

菜鸟
2014-09-09 18:44:36     打赏
3楼
多谢楼主

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