运算放大器：输入和输出限制

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1、大家好，欢迎来到TIPrecisionLabs（德州仪器高精度实验室）。本次视频将介绍运算放大器的Input&OutputLimitations，即输入和输出限制。我们将会探讨运放的Common-modeinputvoltage（共模输入电压），inputandoutputvoltageswinglimitations（输入和输出电压摆幅限制）。通过本节视频，你将学会判定电路误差是由哪些限制引起的。Hello,andwelcometotheTIPrecisionLabsdiscussingopampinputandoutputlimi

2、tations.Inthisvideowe’lldiscussopampcommon-modeinputvoltage,inputandoutputvoltageswinglimitations,andshowhowtodeterminethesourceofcircuiterrorscausedbytheselimitations.首先，我们来看一个简单的non-invertingbuffercircuit（同相缓冲电路），也就是电压跟随器。同相输入端输入的是一个三角波信号，幅度从-1.5V到+1.5V。正常情况下，输出端将会得到一个

3、一模一样的信号。但实际上由于某些原因，这个运放的输出不可能超过1V。这种非线性就叫做clipping（“削波”）。是什么引起了这种“削波”现象呢？稍后我们会回答这个问题，现在我们先要明确一些术语的定义。Letsstartbyconsideringthissimplenon-invertingbuffercircuit.Antriangle-waveinputsignalof+/-1.5Visappliedtothenon-invertinginput,andonemightexpecttheoutputtolookexactlythe

4、same.Forsomereason,theopampoutputdoesnotincreasepast+1V.Thistypeofnonlinearityiscalled“clipping.”Whatiscausingthisclippingbehavior?We’llanswerthisquestionlaterinthepresentation,butfirstlet’sdefinesometermsthatarenecessarytoproperlyunderstandthisissue.Commonmodevoltage（共

5、模电压）是指放大器两个输入端的平均电压。对于运放来说，它的两个输入端电平几乎是一样的，两者只相差一个很小的offset（失调电压值），所以你在每一个输入端上都能看到这个共模信号。Commonmodevoltageisdefinedastheaveragevoltagewhichisappliedtothetwoinputsofanamplifier.Inthecaseofanopamp,thetwoinputsareatthepracticallysamepotential,withonlyasmalloffsetbetweenthem

6、.So,effectivelyyoucanseethecommonmodevoltageoneitherinput.共模输入电压范围也叫inputvoltageswing（输入电压摆幅）。它定义了放大器正常线性工作所需的输入共模电压范围。共模输入电压范围通常是相对于正电源和负电源而定义的。如果超过这个共模输入范围，输出信号会变成非线性。Outputvoltageswing（输出电压摆幅）则是指输出信号线性工作时的输出电压范围。输出摆幅同样也是相对于供电电源而定义的。如果超过运放的输出摆幅参数指标，输出信号将会失真或者出现非线性。Co

7、mmonmodeinputvoltagerangeisalsoknownasinputvoltageswing.Thistermdescribestherangeofinputcommonmodevoltagesthatcanbeusedfornormallinearoperationoftheamplifier.Thecommonmodeinputvoltagerangeisalwaysdefinedrelativetothepositivesupplyandthenegativesupply.Whenyouexceedthecommo

8、nmodeinputrange,theoutputbecomesnonlinear.Outputvoltageswingistherangeofoutputvoltagesthatallow