EEPW论坛

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。