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什么是轨到轨运放?

高工
2023-09-01 08:08:34     打赏

“轨到轨(rail-to-rail)是一个用来描述运算放大器(op amp)术语,指运放输入或者输出信号可以接近于运放供电电源的极值。轨到轨可以指输出,也可以用来指输入和输出。

对运放来说,轨到轨(rail-to-rail)是一个重要的概念。传统的运放在输出电压范围上通常受到限制,不能完全达到供电电压的边界(也称为"铁轨(rail)")。然而,轨到轨运放能够让输入或者输出电压接近或达到供电电压的边界,这使得它们在某些应用中更为灵活和适用。

要想理解轨到轨得先理解什么不是轨到轨。

许多在相对高电压导轨(例如+/-15V)上工作的运放只能将输出驱动到导轨附近3或4伏的地方——例如,对于一个双电源±15伏的供电的运放,运放的输出电压只能到+/-12伏。此类运放不是轨到轨运放。

古老的LM741运放不是“轨到轨”的,原因如下:在数据表中的电气特性表格,输出电压摆幅在供电电压=±15V,输出负载 2kΩ 的测试条件下被测定为±13V。所以输出只能在供电轨附近2V以内变化。

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反之,轨到轨(rail-to-rail)意味着运放的输入和输出可以在接近电源电压的范围内工作。

轨到轨这么好,那么问题来了:既然轨到轨这么好,为什么还有非轨到轨运放的存在?

原因就在于 rail-to-rail 的运放,一般都是低压器件(+/-5V 或single +5V),输入输出电压都能达到电源(输入甚至可以超过)。注意,上一个句子里有个"一般"。非轨到轨的运放可以轻轻送干到30几伏的供电电压。

一个相关的术语,顶部空间(head room),是衡量信号接近导轨的程度的一个指标。从导轨到输出信号峰值电压的距离就是顶部空间。在3.3V的供电电压下,顶部空间为0.3V,意味着你的信号可以在不失真的情况下达到+/- 3.0V(顶部空间指的是正负供电导轨)。随着输出电流的增加,顶部空间也会增加。

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图1:在这个例子中,上导轨是电源电压VDD。顶部空间是300毫伏,下导轨是地。如果运放是真正的轨到轨,那么削波(深红色线)就不会发生在4.4伏 VPP。

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图2:另一个放大了的波形图显示,当输出接近其供电电压极值时,削波可能会发生。VDD是放大器的供电电压,决定了导轨的位置。

总结:

轨道轨运放可以最大限度输入或者输出信号,使得输入或者输出信号非常接近于电压电压的极值。





关键词: 轨运放    

高工
2023-09-01 08:36:28     打赏
2楼

知识点学习


院士
2023-09-10 11:10:02     打赏
3楼

谢谢分享。


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