单电源运算放大器输出不能实现轨对轨摆动

采购员谨防：输出摆幅达到最大值之前，线性就已经开始下降。

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）。

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)



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。