運放的輸入輸出限制-信號失真分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-07-05
運放電路中，造成信號失真的因素有很多，運放的輸入輸出限制就是其中之一，特別是非軌對軌（Rail to Rail）輸入輸出的運放，尤其要注意信號的輸入輸出是否在其范圍之內，以免造成信號失真。
運放的輸入輸出限制，分開來講，分別對應共模輸入電壓和輸出電壓擺幅。
共模輸入電壓
運放共模輸入電壓定義了正常輸入時，所需的共模電壓范圍，共模輸入電壓通常與運放的供電電源有關。如果超過這個范圍，輸出信號就會工作在非線性，引起失真。
如下圖所示，運放的供電電源為±2.5V，其共模輸入電壓范圍為-2.6V < VIN < -1.0V，輸出電壓范圍為 -2.3V < VOUT < 2.3V。
可以分析，輸出電壓不在共模輸入電壓范圍內，所以可能會導致輸出電壓不在 μV 級別，可能會到 mV 級別。
輸出電壓擺幅
運放輸出電壓擺幅也與運放供電電源有關。同樣，如果超過這個范圍，也會使得輸出信號產生失真。
如下圖所示，運放的供電電源為 5V，其共模輸入電壓范圍為 -0.1V < VIN < 1.5V，輸出電壓范圍為 0.2V < VOUT < 4.8V。
上圖的共模輸入電壓為 0V，工作在共模輸入電壓范圍，理論輸出電壓應該也是 0V，但是并不在輸出電壓擺幅范圍內，所以輸出電壓可能達到 200mV，引起了較大誤差。
信號失真仿真示例
下面看一個仿真示例：輸入是±1.5V 的三角波，輸出出現削波現象，其原因在于輸入幅值不在共模輸入電壓范圍。當三角波幅值達到 1.5V 時，已經超過共模輸入電壓的最大值 1V，所以會產生削波現象。
總結：使用非軌對軌運放時，需要考慮輸入電壓是否在共模輸入電壓范圍，同時還要考慮輸出電壓擺幅問題。當然，如果是軌對軌運放，造成的影響就會小很多。
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