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  • 運(yùn)放參數(shù),軌至軌輸入(rail to rail input)介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2023-07-18 17:32:56
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    運(yùn)放參數(shù),軌至軌輸入(rail to rail input)介紹
    運(yùn)放的軌至軌輸入是指運(yùn)放的輸入端信號(hào)電壓能夠達(dá)到電源的兩個(gè)軌,并保持不失真,如上例輸入信號(hào)電壓可達(dá)到+/-15V。運(yùn)放的輸入電壓范圍可在運(yùn)放的 datasheet 中找到。就是共模電壓范圍 Vcm(Common-Mode Voltage Range)。如下表即為 OPA365 的輸入電壓范圍,可見(jiàn)它是典型的軌至軌輸入運(yùn)放。
    一般的 BJT 和 JFET 是非軌至軌輸入的運(yùn)放。如下表所示為 OPA827 共模輸入電壓范圍為(V-)+3V 至(V+)-3V,典型的非軌至軌運(yùn)放。
    運(yùn)放 軌至軌輸入
    圖 OPA827 的輸入電壓范圍
    單電源(我們暫且稱之為“單電源”)運(yùn)放的輸入級(jí)通常有三種結(jié)構(gòu),第一種是采用 PMOS 做差分輸入級(jí)。這樣的運(yùn)放輸入級(jí)電壓可以低于負(fù)電源軌 0.2 甚至 0.3V,但達(dá)不到正電源軌,如 OPA336。下表是 datasheet 中標(biāo)出的 OPA336 輸入電壓范圍。
    運(yùn)放 軌至軌輸入
    圖 OPA336 的輸入電壓范圍
    它的輸入級(jí)原理框圖如下圖,典型的 PMOS 差分輸入級(jí)。
    運(yùn)放 軌至軌輸入
    圖 OPA336 的 PMOS 差分輸入級(jí)
    既然 PMOS 差分輸入級(jí)輸入電壓不能達(dá)到正電源軌,那 NMOS 呢,對(duì)頭,NMOS 差分輸入級(jí)的輸入電壓可以達(dá)到正電源軌,但是達(dá)不到負(fù)電源軌,一般會(huì)在負(fù)電源軌的 1.2V 之上。
    此時(shí)有人想到了,把 PMOS 和 NMOS 差分輸入級(jí)并聯(lián)起來(lái),在接近電源負(fù)電壓軌時(shí)使 PMOS 差分輸入級(jí)工作,在接近電源正電源軌時(shí)使 NMOS 差分輸入級(jí)工作,這樣就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的軌至軌輸入了!
    的確,早先的軌至軌輸入運(yùn)放就是這樣設(shè)計(jì)的,并且現(xiàn)在也在大量使用這種技術(shù)。如下圖是 OPA703 的輸入級(jí),就是典型的 PMOS 與 NMOS 相并聯(lián)的運(yùn)放輸入級(jí)。
    運(yùn)放 軌至軌輸入
    圖 OPA703 的 datasheet 中給出的共模電壓輸入范圍(V-)-0.3V 至(V+)+0.3V
    當(dāng)輸入共模電壓在(V-)-0.3V<Vcm<(V+)-2V 時(shí) PMOS 處于工作狀態(tài),NMOS 處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)輸入共模電壓在(V-)-2V<Vcm<(V+)+0.3V 時(shí) NMOS 處于工作狀態(tài),PMOS 處于關(guān)閉狀態(tài)”。
    Bipolar 輸入級(jí)運(yùn)入同樣也有這樣的結(jié)構(gòu),如下圖是典型 PNP 與 NPN 型三級(jí)管并聯(lián)形成的差分輸入級(jí)。
    運(yùn)放 軌至軌輸入
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