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运算放大器输入共模范围超出的问题
作者:
Todd
Toporski
,德州仪器
(TI)
模拟应用工程师
根据一些对您的应用最为重要的参数,为您的电路选择一个运算放大器(
op amp
),需要
一个复杂的过程。
您查看的一些参数可能会包括电源电压、
增益带宽积、
转换速
率和输入噪
声电压等等。
您还说明了
输入共模范围,
对于您的电路中所有运算放大器应用来说,
它都
是一种重要的关
键参数,是这样吧?如果您说“不是”,那么我们强烈推荐您阅读本文。
即使您的答案是肯
定的,您仍然会发现这篇文章很有帮助。
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/p>
那些在其整个职业生涯都与运算放大器打交道的工程师们,
可能都
碰到过运算放大器工作异
常的情况。
好的一方面是运算放大器输
出通常会说明情况。很多时候,
如果情况并不“那么
好”
,
其会在输出引脚以一种明显的方式表现出来。
非理想输出波形可由输出级的诸多限制
因素引起。
我们可能会
观测到输出端过多电容引起的振荡。
否则,
在达到全轨电压之前
可能
会出现削波,因为输出级被限制在低于电源轨电压的电压摆动。
运算放大器输出端出现与输出级无关的异常行为也是可能的。
有时,
非理想输出信号可能会
产生自器件输入端异常。
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最常见的运算放大器问题是超出器件输入共模范围。但是,
“输入<
/p>
共模范围”到底是什么,而超出这一范围又会产生什么影响呢?
输入共模范围定义
谈及运算放大器输
入时,输入共模电压(
VICM
)是工程师首先会想到的一个术
语,但其可
能会带来一定的初始混淆。
VICM
描述了一个特殊的电压电平,
其被定义为反相和非反相输
入引脚(图
1
)的平均电压。
图
1
运算放大器的输入共模电压
它常常被表示为:
VICM =
[VIN (+) + VIN (
–
)]/2.
思考
VICM
的另一种方法是,
< br>它是非反相和反相输入即
VIN
(+)
和
VIN (
–
)
常见的电压电平。
事实证明,
在大多数应用中,
VIN
(+)
都非常接近于
VIN (
–
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)
,
因为闭环负反馈使一个输入引
脚紧跟另一个,这样
VIN
(+)
和
VIN (
–
)
之间的差便接近于零。
对
许多常见电路而言确是这样一种情况,
其包括电压跟随器、
反相
和非反相配置。
在这些情
况下,我们常常假设
< br>VIN (+) = VIN (
–
) =
VICM
,因为这些电压大约相等。
用于描述运算放大器输入的另一个术语是“输入共模范围”(
VICMR
),或者更准确的说
是“输入共模电压范围”。
它是许
多产品说明书中经常用到的一个参数,
同时也是广大电路
设计人
员最为关心的一个参数。
VICMR
定义了运算放大器器件正确
运行所需的共模输入电
压“范围”,并描述了输入与每个电源轨的接近程度。
思考
VICMR
的另一
种方法是:
它描述了由
VICMR_MIN
和
VICMR_MAX
定义的一个范围。
< br>如图
2
所示,对
VICMR
p>
的描述如下:
VICMR =
VICMR_MAX
–
VICMR_MIN
其中
:
VICMR_MIN =
相对于
VCC
–电源轨限制
VICMR_MAX
=
相对于
VCC+
电源轨限制
图
2
运算放大器的输入共模电压范围
超出
VICMR
时,便无法保证运算放
大器的正常线性运行。因此,保证完全了解输入信号的
整个范围并确保不超出
VICMR
至关重要。
产生混淆的另一个方面可能会是:
VICM
和
< br>VICMR
并非标准化缩略语,而各个
IC
供应商
的各种产品说明书通常使用不同的术语,例如:
VCM, VIC, VCMR
等。结果,我们必需要
了解您
研究的规范超过了某个特殊输入电压—一个“输入电压范围”。
VICMR
因运算放大器而各异
p>
运算放大器的输入级由设计规范和所用运算放大器工艺技术类型规定。例如,
CMOS
运算
放大器的输入级便与双极型运算放大器不
同,其区别于
JFET
运算放大器等。运算放大器输
入级和工艺技术的具体情况不在本文讨论范围内,
但注意到这些差异存在于
各种运算放大器
器件之间也很重要。
表
1
列举了几个德州仪器(
TI
)运算放大器的例子及其
VICMR
。“最大
电源范围”栏描述
了分裂式电源和单电源(括号内)限制。
由该
表,我们清楚地知道各运算放大器的输入范围
VICMR
明显不
同。
根据器件的具体类型,
VICMR
可能会低于或者超出电源轨。
因此,
绝不
要假设运算放大器可以接收特殊输入信号范围,除非在产品说明书规范中得到核实。
表
1 <
/p>
几种不同运算放大器的
VICMR
举例<
/p>
值得一提的一种宽输入范围特例是“轨到轨输入运算放大器”。
尽管,顾名思义,它是一种
输入涵盖整个电源轨范围的运算放大器,
但并非所有轨到轨输入器件都如许多人设想的那样
涵盖整个电源范围。许多轨到轨输
入运算放大器的确涵盖了整个电源范围(例如:表
1
中
的
OPA333
等),但有一些则没有全覆盖,
而其描述对人具有一定的误导性。另外,检查
产品说明书中的规定输入范围至关重要。<
/p>
VICMR
违规举例
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