前面的文章探討了運算放大器輸入共模電壓的限制,運算放大器的輸出也有限制,我們看一個簡單的設計。使用運算放大器OPA141設計跟隨電路,+5V供電,10K電阻R1為負載,同向輸入端接地,如下圖所示:
同相輸入端接地,我們當然認為,輸出值是運放的失調電壓,我們先看看OPA141的失調電壓是多少,如下圖所示,最大失調電壓為4.3mV。
于是我們可以大膽的預測上面的OPA141跟隨電路的輸出電壓應該是0-4.3mV之間(單電壓供電,輸出不可能為負數),但是實際情況是怎樣的呢?如下圖所示:
輸出是141.57mV,為什么差距這么大呢?這是由運放的輸出限制引起的,OPA141的輸出限制如圖所示:
根據這一參數,單電源+5V供電時,輸出Vout:0V+0.2Vto 5V-0.2V即0.2V to 4.8V,也就是說+5V供電時,輸出在0.2V至4.8V之間才是線性的,如果輸出不在這個范圍內,輸出信號將會失真或者出現非線性。OPA141跟隨電路的輸入是0V,理論上運放的輸出也將跟隨到0V,但是這已經低于了輸出電壓范圍的最小值了,輸出不再線性,即這里的141.57mV。
有人可能認為rail-to-rail的運放就可以滿足了吧,其實不然,rail-to-rail運放它的共模輸入電壓范圍可以超過電壓軌,但是輸出僅僅是接近電壓軌,無法超過電源軌。讀者可以查查相關datasheet,以做驗證。
為什么輸出會有限制呢,這涉及到運放內部結構的相關知識,有興趣的讀者可以進一步深究,這里就不在探討了。
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