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如何理解運算放大器的共模輸入和輸出擺幅限制

時間:2019-02-11 19:07 來源:電工之家

運算放大器即運放,其共模輸入電壓也就是同時加在運放同相輸入端與地和反相輸入端與地之間的電壓,如下圖所示。
如何理解運算放大器的共模輸入和輸出擺幅限制
運放的共模輸入電壓。
上圖是一個±15V電源供電的反相比例放大器。運放的反相輸入端與地之間的電壓Va及同相輸入端與地之間的電壓Vb即為共模輸入電壓。實際中,像溫度變化及各種干擾都相當于共模信號,同時加在運放的兩個輸入端,這會對運放的運算精度帶來一定的影響,故我們希望運放輸入端的共模輸入電壓越小越好。運放對共模信號抑制能力的強弱通常用共模抑制比CMRR來表示,該參數越大越好,現在高精度運放的CMRR可達130dB。
對于反相比例放大器來說,其反相輸入端為虛地,故運放接成反相比例放大器時,不需要考慮運放的共模輸入電壓范圍及共模抑制比CMRR這兩個參數。若運放接成同相放大器使用,加在其輸入端的共模電壓約等于輸入信號電壓,故此時希望運放的CMRR越大越好。
如何理解運算放大器的共模輸入和輸出擺幅限制
雙極型運放的內部輸出級電路。
像μA741、LM358這類雙極型運放,其內部輸出級皆為互補輸出級結構(見上圖),這種輸出級導致運放的輸出幅度比其正負供電電壓各低2∼3V。假設圖1電路中的運放型號為LM747,則在±15V電源下,其輸出的正負電壓最大約為±13V,故這類運放不適合在很低的電源電壓下工作,否則其輸出幅度很小。
如何理解運算放大器的共模輸入和輸出擺幅限制
軌至軌運放LMV358。
為了能在低壓下獲得較大的輸出幅度,可以選用軌至軌運放,這種運放又稱滿幅運放,可以在很低的電源電壓下工作,由于其輸出級結構與上述的雙極型運放不一樣,故輸出幅度非常接近電源電壓(空載時,輸出幅度只比電源電壓低十幾mV左右)。
上圖為常用的一款低壓軌至軌運放LMV358(注意:這個與LM358參數不一樣),其可以在單電源2.7∼5.5V范圍內工作。

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