運放參數-軌至軌輸入（rail to rail input）-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-07-04
運放的軌至軌輸入是指運放的輸入端信號電壓能夠達到電源的兩個軌，并保持不失真，如上例輸入信號電壓可達到+/-15V。運放的輸入電壓范圍可在運放的 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，可見它是典型的軌至軌輸入運放。
一般的 BJT 和 JFET 是非軌至軌輸入的運放。如下表所示為 OPA827 共模輸入電壓范圍為(V-)+3V 至(V+)-3V，典型的非軌至軌運放。
圖 OPA827 的輸入電壓范圍
單電源（我們暫且稱之為“單電源”）運放的輸入級通常有三種結構，第一種是采用 PMOS 做差分輸入級。這樣的運放輸入級電壓可以低于負電源軌 0.2 甚至 0.3V，但達不到正電源軌，如 OPA336。下表是 datasheet 中標出的 OPA336 輸入電壓范圍。
圖 OPA336 的輸入電壓范圍
它的輸入級原理框圖如下圖，典型的 PMOS 差分輸入級。
圖 OPA336 的 PMOS 差分輸入級
既然 PMOS 差分輸入級輸入電壓不能達到正電源軌，那 NMOS 呢，對頭，NMOS 差分輸入級的輸入電壓可以達到正電源軌，但是達不到負電源軌，一般會在負電源軌的 1.2V 之上。
此時有人想到了，把 PMOS 和 NMOS 差分輸入級并聯起來，在接近電源負電壓軌時使 PMOS 差分輸入級工作，在接近電源正電源軌時使 NMOS 差分輸入級工作，這樣就可以實現運放的軌至軌輸入了！
的確，早先的軌至軌輸入運放就是這樣設計的，并且現在也在大量使用這種技術。如下圖是 OPA703 的輸入級，就是典型的 PMOS 與 NMOS 相并聯的運放輸入級。
圖 OPA703 的 datasheet 中給出的共模電壓輸入范圍(V-)-0.3V 至(V+)+0.3V
當輸入共模電壓在(V-)-0.3V<Vcm<(V+)-2V 時 PMOS 處于工作狀態，NMOS 處于關閉狀態。當輸入共模電壓在(V-)-2V<Vcm<(V+)+0.3V 時 NMOS 處于工作狀態，PMOS 處于關閉狀態”。
Bipolar 輸入級運入同樣也有這樣的結構，如下圖是典型 PNP 與 NPN 型三級管并聯形成的差分輸入級。
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