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单电源运算放大器到底能不能实现输出的轨对轨摆动

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描述

单电源运算放大器不能真正实现输出的轨对轨摆动。接近轨时,放大器呈现出非线性。对线性工作,单电源放大器的输出每轨都能达到50到300mV(图1)。

放大器

单电源放大器,轨对轨输出的广告造成安全的错觉。图1显示了驱动轨输出时,典型单电源放大器的输出摆幅。

在输出摆幅达到最大值之前,放大器的线性就已经开始大幅下降,放大器输出不能达到任何电源电压。

为使直流开环增益指标达到要求,只有假设放大器处于线性工作输出范围。直流开环增益用分贝表示为20 log(ΔVOUT/ΔVOS),其中VOUT为电压输出,VOS为输入偏置电压。驱动输出为高时,VH为输出直流开环增益测量的最大电压。VOH为相对于输出所能达到VDD的绝对电压最大值。VL为输出直流开环增益测量的最小电压,VOL为输出所能达到的绝对电压最小值。VH小于VOH,而VL大于VOL。

从信号流的观点看,运算放大器驱动ADC时,输出限制轨对轨摆幅。图2a中FFT图显示了5V系统中,放大器结合ADC对1KHz信号的响应。放大器典型的闭环带宽约为3MHz,上升速率为2.3V/µsec。放大器输出电压在140 mV到4.66V摆动。在5V供电系统中,信号到电源的差距为140 mV。对这个放大器,VOL最小为比地电压高15 mV,而VOH最大为VDD–20 mV。

图2a通过显示2、3、4kHz等频率下的失真,说明了单电源供电的CMOS放大器输出范围的非线性。通过减少每个轨的放大器输出信号到272 mV,在仅有ADC失真时数据理想。(图2b)

放大器

使用单电源运放,要仔细阅读手册。一些单电源运放有输出域电荷泵,允许放大器输出摆动达到和超出供电电源轨。在任何情况下,务必要读数据手册和参考开环增益测试条件。

责任编辑:gt

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