运算放大器电压范围—输入和输出之解疑释惑
运算放大器输入、输出、单电源和轨到轨问题
Rev.0, 10/08, WK
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为了保持低电源电压应用的宽动态范围，也需要轨到轨放大器输出级。单电源/轨到轨放 大器的输出电压摆幅应在任一电源轨的至少100 mV范围内(标称负载下)。输出电压摆幅与输 出级拓扑结构和负载电流密切相关。图1列出了单电源运算放大器的设计问题。
图3：偏置电流补偿双极性输入级
简单的双极性输入级(例如图2所示)会表现出高偏置电流，因为外部看到的电流事实上是两 个输入晶体管的基极电流。如果通过内部电流源提供该必要的偏置电流，如图3所示，那么 基极电流与电流源之间的差分电流将是流入输入端的唯一“外部”电流，它可能相当小。
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+VS +VS
PNPs OR PMOS
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VIN
Low Offset: As low as 10µV Low Offset Drift: As low as 0.1µV/ºC Temperature Stable IB Well-Matched Bias Currents Low Voltage Noise: As low as 1nV/√Hz
Hicept Super-Beta: 50pA - 5nA, More Complex and Slower) Medium Current Noise: 1pA/√Hz Matching source impedances minimize offset error due to bias current
图2：双极性晶体管输入级
偏置电流补偿双极性输入级
VIN
运算放大器_参数详解
运算放大器参数详解技术2010-12-19 22:05:36 阅读80 评论0 字号：大中小订阅运算放大器（常简称为“运放”）是具有很高放大倍数的电路单元。
在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。
由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续至今。
运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。
随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。
现今运放的种类繁多，广泛应用于几乎所有的行业当中。
历史直流放大电路在工业技术领域中，特别是在一些测量仪器和自动化控制系统中应用非常广泛。
如在一些自动控制系统中，首先要把被控制的非电量（如温度、转速、压力、流量、照度等）用传感器转换为电信号，再与给定量比较，得到一个微弱的偏差信号。
因为这个微弱的偏差信号的幅度和功率均不足以推动显示或者执行机构，所以需要把这个偏差信号放大到需要的程度，再去推动执行机构或送到仪表中去显示，从而达到自动控制和测量的目的。
因为被放大的信号多数变化比较缓慢的直流信号，分析交流信号放大的放大器由于存在电容器这样的元件，不能有效地耦合这样的信号，所以也就不能实现对这样信号的放大。
能够有效地放大缓慢变化的直流信号的最常用的器件是运算放大器。
运算放大器最早被发明作为模拟信号的运算（实现加减乘除比例微分积分等）单元，是模拟电子计算机的基本组成部件，由真空电子管组成。
目前所用的运算放大器，是把多个晶体管组成的直接耦合的具有高放大倍数的电路，集成在一块微小的硅片上。
第一块集成运放电路是美国仙童（fairchild）公司发明的μA741，在60年代后期广泛流行。
直到今天μA741仍然是各大学电子工程系中讲解运放原理的典型教材。
原理运放如上图有两个输入端a,b和一个输出端o.也称为倒向输入端(反相输入端),非倒向输入端(同相输入端)和输出端.当电压加U-加在a端和公共端(公共端是电压的零位,它相当于电路中的参考结点.)之间,且其实际方向从a 端指向公共端时,输出电压U实际方向则自公共端指向o端,即两者的方向正好相反.当输入电压U+加在b端和公共端之间,U与U+两者的实际方向相对公共端恰好相同.为了区别起见,a端和b 端分别用"-"和"+"号标出,但不要将它们误认为电压参考方向的正负极性.电压的正负极性应另外标出或用箭头表示.反转放大器和非反转放大器如下图：一般可将运放简单地视为：具有一个信号输出端口（Out）和同相、反相两个高阻抗输入端的高增益直接耦合电压放大单元，因此可采用运放制作同相、反相及差分放大器。
运算放大器的主要参数
运算放大器的主要参数运算放大器的性能可用一些参数来表示。
为了合理地选用和正确地使用运算放大器，必需了解各主要参数的意义。
（1）最大输出电压能使输出电压和输入电压保持不失真关系的最大输出电压，称为运算放大器的最大输出电压。
F007集成运算放大器的最大输出电压约为。
（2）开环电压放大倍数在运算放大器的输出端与输入端之间没有外接电路时所测出的差摸电压放大倍数，称为开环电压放大倍数。
越高，所构成的运算电路越稳定，运算精度也越高。
一般约为，即80~140dB。
（3）输入失调电压抱负的运算放大器，当输入电压(即把两输入端同时接地)时，输出电压。
但在实际的运算放大器中，由于制造中元件参数的不对称性等缘由，当输入电压为零时，。
反过来说，假如要，必需在输入端加一个很小的补偿电压，它就是输入失调电压。
一般为几毫伏，明显它愈小愈好。
（4）输入失调电流输入失调电流是指输入信号为零时，两个输入端静态基极电流之差，即。
一般在零点零几微安级，其值愈小愈好。
（5）输入偏置电流输入信号为零时，两个输入端静态基极电流的平均值，称为输入偏置电流，即。
它的大小主要和电路中第一级管子的性能有关。
这个电流也是愈小愈好，一般在零点几微安级。
（6）共模输入电压范围运算放大器对共模信号具有抑制的性能，但这共性能是在规定的共模电压范围内才具备。
如超出这个电压，运算放大器的共模抑制性能就大为下降，甚至造成器件损坏。
以上介绍了运算放大器的几个主要参数的意义，其他参数(如差模输入电阻、差模输出电阻、温度漂移、共模抑制比、静态功耗等)的意义是可以理解的，就不一一说明白。
总之，集成运算放大器具有开环电压放大倍数高、输入电阻高(几兆欧以上)、输出电阻低(约几百欧)、漂移小、牢靠性高、体积小等主要特点，所以它已成为一种通用器件，广泛而敏捷的地运用于各个技术领域中。
在选用集成运算放大器时，就像选用其他电路元件一样，要依据它们的参数说明，确定适用的型号。
运算放大器常见参数解析
运算放大器常见参数解析运算放大器是一种功率放大器，可以将输入电压放大到更大的输出电压，同时保持输入电压与输出电压之间的线性关系。
在电子设备与电路中广泛应用，例如音频放大器、通信系统等。
下面将对运算放大器的常见参数进行解析。
1.增益(Av)：运算放大器的增益即输出电压与输入电压之间的比值，通常用一个数字表示。
增益越大，输出信号放大倍数就越高。
运算放大器通常有固定增益和可调增益两种类型。
2. 输入偏置电压(Vos)：运算放大器的输入端有一个微小的直流偏置电压，即输入电压接近于零时实际电压。
输入偏置电压可以引起输出偏置电压，影响放大器的性能。
常见解决方法是使用一个偏置调零电路来降低输入偏置电压。
3.输入偏置电流(Ib)：运算放大器的输入端也有一个微小的直流偏置电流。
输入偏置电流过大会引起伪输出电压，并对信号放大造成影响。
输入偏置电流可以通过使用PN结和电流源进行补偿。
4. 输入电阻(Rin)：输入电阻是指运算放大器输入端对外部电路的等效电阻。
输入电阻越大，输入电压的损失就越小，维持输入信号的原始性。
输入电阻对应于差模模式和共模模式。
5.带宽(BW)：运算放大器的带宽是指输出信号能够跟随输入信号的频率范围。
带宽越高，放大器能够处理更高频率的信号。
带宽可以通过增加放大器的带宽限制元件来提高。
6. 输出电阻(Rout)：输出电阻是指运算放大器输出端对外部电路的等效电阻。
输出电阻影响着输出电压的稳定性和与外部电路的匹配性。
输出电阻越小，输出电压与负载电阻的影响就越小。
7.摆幅(Av)：摆幅是指运算放大器能够提供的最大输出电压幅值。
摆幅取决于供电电源电压和运算放大器内部极限电压。
摆幅越大，放大器能够输出的电压范围就越广。
8.直流增益(Ao)：直流增益是指运算放大器在输入信号频率为零时的增益。
直流增益可以决定运算放大器的静态精度，即输出电压与输入电压之间的比值。
9.共模抑制比(CMRR)：共模抑制比是指运算放大器对共模信号的压制能力。
运算放大器输入和输出共模与差分电压范围
运算放大器输入和输出共模与差分电压范围 The document was finally revised on 2021运算放大器输入和输出共模与差分电压范围输入与输出电压范围关于实际运算放大器的容许输入和输出电压范围，有一些实际的基本问题需要考虑。
显然，这不仅会根据具体器件而变化，还会根据电源电压而变化。
我们可以通过器件选型来优化该性能点，首先要考虑较为基础的问题。
任何实际运算放大器输入和输出端的工作电压范围都是有限的。
现代系统设计中，电源电压在不断下降，对运算放大器之类的模拟电路而言，3 V至5 V的总电源电压现在已十分常见。
这一数值和过去的电源系统电压相差甚远，当时通常为±15 V(共30 V)。
由于电压降低，必须了解输入和输出电压范围的限制——尤其是在运算放大器选择过程中。
输出共模电压范围下图1大致显示了运算放大器输入和输出动态范围的限制，与两个供电轨有关。
任何运算放大器都由两个电源电位供电，用正供电轨+VS和负供电轨–VS表示。
运算放大器的输入和输出共模范围根据与两个供电轨电压限值的接近程度来定义。
在输出端，VOUT有两个供电轨相关限制，即高电平(接近+VS)和低电平(接近–VS)。
高电平时，范围可达饱和上限VS–VSAT(HI)(最大正值)。
例如，如果+VS为5 V，VSAT(HI)为100 mV，则VOUT上限(最大正值)为V。
同样，低电平时，范围可达饱和下限–VS + VSAT(LO)。
因此，如果–VS为接地(0 V)，VSAT(LO)为50 mV，则VOUT下限为50 mV。
显然，给定运算放大器的内部设计会影响该输出共模动态范围，必要时，器件本身的设计应当最大程度地减小VSAT(HI)和VSAT(LO)，以便实现最大输出动态范围。
某些类型的运算放大器就采用了这样的设计，这些放大器通常采用单电源系统专用的设计。
输入共模电压范围在输入端，适用于VIN的共模范围也有两个供电轨相关限制，即高电平(接近+VS)和低电平(接近–VS)。
运算放大器：输入和输出限制
●大家好，欢迎来到TI Precision Labs（德州仪器高精度实验室）。
本次视频将介绍运算放大器的Input&Output Limitations，即输入和输出限制。
我们将会探讨运放的Common-mode input voltage（共模输入电压），input and output voltage swinglimitations（输入和输出电压摆幅限制）。
通过本节视频，你将学会判定电路误差是由哪些限制引起的。
●Hello,and welcome to the TI Precision Labs discussing op amp input and outputlimitations.In this video we’ll discuss op amp common-mode input voltage,input and output voltage swing limitations,and show how to determine the source ofcircuit errors caused by these limitations.●首先，我们来看一个简单的non-inverting buffer circuit（同相缓冲电路），也就是电压跟随器。
同相输入端输入的是一个三角波信号，幅度从-1.5V到+1.5V。
正常情况下，输出端将会得到一个一模一样的信号。
但实际上由于某些原因，这个运放的输出不可能超过1V。
这种非线性就叫做clipping（“削波”）。
●是什么引起了这种“削波”现象呢？稍后我们会回答这个问题，现在我们先要明确一些术语的定义。
●Lets start by considering this simple non-inverting buffer circuit.An triangle-waveinput signal of+/-1.5V is applied to the non-inverting input,and one might expect the output to look exactly the same.For some reason,the op amp output does not increase past+1V.This type of nonlinearity is called“clipping.”●What is causing this clipping behavior?We’ll answer this question later in thepresentation,but first let’s define some terms that are necessary to properlyunderstand this issue.●Common mode voltage（共模电压）是指放大器两个输入端的平均电压。
运算放大器介绍-文档资料54页
vI
R1
vN -
vP
A +
vO
AV= -（Rf / R1）= -20/10= -2
R2
Vo= AV Vi=(-2)(-1)=2V
2.3 基本线性运放电路
2.同相比例运算电路
Rf
虚断 v P = v I
0vN = vN vO
R1
Rf
R1
vN
-
vI
vP
A +
vO
虚短
vN = vP
vO
=
(1
Rf R1
T型网络反相比例运算电路
0
i1
i1 =i2
i1
=
uI R1
=uM R2
uM =R R12 uI
i3
=uM R3
= R2 R1R3
uI
又 i4=i2 i3=i1 i3 uO=i2R2i4R4 =i1R2(i1i3)R4
uO=u RI1R2(u RI1R R 1R 23uI)R4 uo=R2R 1R4uI R R2 1R R3 4uI
第二章 运算放大器
概述
实际运放的电压传输特性(了解)：
设：电源电压±VCC=±10V。 运放的AVO=104
│Ui│≤1mV时，运放处于线性区。
AVO越大，线性区越小， 当AVO→∞时，线性区→0
第二章 运算放大器
概述
1.理想运算放大器：
开环电压放大倍数 AV0=∞
差摸输入电阻
Rid=∞
输出电阻
R0=0
vO=(R 1R 1R f)R (2R 3R 3)vi2R R 1 f vi1
Rf vo
2.3 基本线性运放电路
Rf
运算放大器：输入和输出限制
●大家好，欢迎来到TI Precision Labs（德州仪器高精度实验室）。
本次视频将介绍运算放大器的Input&Output Limitations，即输入和输出限制。
我们将会探讨运放的Common-mode input voltage（共模输入电压），input and output voltage swinglimitations（输入和输出电压摆幅限制）。
通过本节视频，你将学会判定电路误差是由哪些限制引起的。
●Hello,and welcome to the TI Precision Labs discussing op amp input and outputlimitations.In this video we’ll discuss op amp common-mode input voltage,input and output voltage swing limitations,and show how to determine the source ofcircuit errors caused by these limitations.●首先，我们来看一个简单的non-inverting buffer circuit（同相缓冲电路），也就是电压跟随器。
同相输入端输入的是一个三角波信号，幅度从-1.5V到+1.5V。
正常情况下，输出端将会得到一个一模一样的信号。
但实际上由于某些原因，这个运放的输出不可能超过1V。
这种非线性就叫做clipping（“削波”）。
●是什么引起了这种“削波”现象呢？稍后我们会回答这个问题，现在我们先要明确一些术语的定义。
●Lets start by considering this simple non-inverting buffer circuit.An triangle-waveinput signal of+/-1.5V is applied to the non-inverting input,and one might expect the output to look exactly the same.For some reason,the op amp output does not increase past+1V.This type of nonlinearity is called“clipping.”●What is causing this clipping behavior?We’ll answer this question later in thepresentation,but first let’s define some terms that are necessary to properlyunderstand this issue.●Common mode voltage（共模电压）是指放大器两个输入端的平均电压。
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运算放大器电压范围一输入和输出之解疑释惑
排行榜收藏打印发给朋友举报來源：徳州仪器(TI)发布者-：Bruce Trump
热度317栗浏览3277次【共1条评论】【我要评论】时间：2012年12 J] 06 H 21:55 作者：TI 专家Bruce Trump
我们常常会收到一些与电源有关的应用问题，询问我们运算放大器的输入和输出电压范围到底有多大。
既然大家存在这方面的疑惑，那么我们就利用这篇文章来为大家解疑释惑：
首先，常见运算放大器并没有接地端。
标准运算放大器''不知道〃接地的位置，因此它也就无从知道其工作电源是一个双电源(土)还是一个单电源。
只要电源输入和输出电压在其工作范围以内，就不会出问题。
下而是我们需要考虑的三个重要电压范围：
1、总电源电压范围。
它是两个电源端之间的总电压。
例如，30 V 的总电压范围为±15V。
再如，某个运算放大器的工作电压范围可能为6V到36V。
在低压极端条件下，它可能为±3V或者+6 Vo在高压极端条件下，它可能为±18V或者+36V,甚至是-6 V/+30V。
没错，如果您留心阅读下而的第2点和第3点，会发现使用非平衡电源也是可以
的。
2、输入共模电压范围(C・M范围)一般是相对于正负电源电压而言的，如图1所示。
使用类似于方程式的方法表示时，假设运算放大器的C-M范围可以描述为负轨以上2V到正轨以下2.5V,表示方法为:(V-) + 2V 到(V+)-2.5Vo
3、同样，输出电压范围（即输出动态范围性能）是相对于轨电 压而言的。
这时，它可以表示为（V-）+lV 到（V+）-l ・5V 。
这些例子（图1、2和3）可以运用一个G = 1缓冲器配置结构 进行说明。
重点是，图1所示例子的输出范围大小被限定为负轨2 V 和正轨2.5V,原因是输入C-M 范围受限。
在高增益条件下，可 能会需要配置这种运算放大器，以达到其最大输出电压范围。
图1所示的例子是双土电源常用的运算放大器典型结构。
虽然 我们不把它称作''单电源〃，但是它的确可以通过将电源保持在规定范 围内实现单电源工作。
图2显示了一种所谓的单电源运算放大器。
它拥有一个C-M 范围，该范围可以扩展至负轨，但通常会稍低于负 轨。
这样，它便可以应用于更多电压接近零的电路中。
因此，尽管不 被称为''单电源〃的运算放大器可以用于某些单电源电路中，但真正的 单电源型运算放大器在这些应用中则更加常见。
iL
iL Voltage range of this Gsl circuit: (V-)*2V to (could be ground) Positive Rail, (V ・)
Output Voltage
Range
Figure 1.
-Negative* Rail, (V-)
在这种G = 1缓冲器电路中，这种运算放大器可从V-轨（受限 于输出大小）得到0.5V 的输出动态范围，并从V ■轨（受限于输入
C-M 范围）得到2.2V 的输出动态范围。
图3显示了一个轨至 轨运算放大器。
它工作时，输入电压可以等于甚至略微大于两个电源 电压轨，如图3所示。
轨至轨输岀意味着，输出电压可以非常接近 于轨，但通常在电源轨的10mV 到1 OOmV 范围内。
一些运算放 大器标声称只有一个轨至轨输出，缺少图3所示输入特性。
轨至轨 运算放大器用于单5V 电源和单5V 以下电源的情况非常普遍，因 为它们可在有限电源电压范围下最大化信号电压输出的性能。
Positive Rail (W)
"Single Supply" Op Amp —C-
M range to or below
negative rail ・ Examples: OPA234, LM324. Single Supply Op Amps also often ... Output have wider output
Voltage Range voltage swing. o.sv
Voltage 3ge of this G=1 circuit: (V ・)m5V to (V£22V
Figure
2.
"Negative" Rail,(VJ t (often ground)
Y Common-mode 1 voltage r^nge
轨至轨运算放大器非常诱人，因为它们放宽了信号电压限制，但 是，它们并非总是我们的最佳选择。
同我们生活中的其他选择一样， 它在其他性能方而通常会有一些折扣。
但是，这同时就是你作为一名 模拟设计人员的价值所在。
我们的生活充满了各种复杂的问题和选 择，但我们仍然对它充满热爱。
0.2V
2
^Rail-to-RaiP Op
Amp ha$€-M range to or beyond
both rails. Examples ：
OPA320.OPA36S ・ 、
Rath to-rail op •amps has very wide output voltage $ wing. Voltage of this
G=1 circuit ： (V-)21V g (W)oiv
Common mode voltage
range … PQSi 他脚1, (V*) Figure
3.
^Negative* Rail, (V ・)\ ?
(often ground) …Output Voltage Rahg6。