运算参数的详细解释和分析-part13,轨至轨输入(rail to rail input)

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1、随着单电源运放的广泛的运用，运放的轨至轨输入（railtorailinput）成为一个时髦的词。现在大部分低电压单电源供电的运放都是轨至轨输入的。TI在轨至轨输入的运放产品方面具有十分领先的优势。本文介绍运放的railtorail输入的实现以及TI在实现运放的railtorail输入方面的领先技术。    先说两句废话，解释一下轨至轨，这里的轨指的是电源轨，运放的两个电源供电电压如+/-15V。这两个电源电压就像两条平行的距离为30V的“轨道”一样限制了运放的输入输出信号。运放的轨至轨输入是指运

2、放的输入端信号电压能够达到电源的两个轨，并保持不失真，如上例输入信号电压可达到+/-15V。运放的输入电压范围可在运放的datasheet中找到。就是共模电压范围Vcm（Common-ModeVoltageRange）。如下表即为OPA365的输入电压范围，可见它是典型的轨至轨输入运放。    一般的BJT和JFET是非轨至轨输入的运放。如下表所示为OPA827共模输入电压范围为(V-)+3V至(V+)-3V，典型的非轨至轨运放。    单电源（我们暂且称之为“单电源”）运放的输入级通常有三种结

3、构，第一种是采用PMOS做差分输入级。这样的运入输入级电压可以低于负电源轨0.2甚至0.3V，但达不到正电源轨，如OPA336。下表是datasheet中标出的OPA336输入电压范围。     它的输入级原理框图如下图，典型的PMOS差分输入级。     既然PMOS差分输入级输入电压不能达到正电源轨，那NMOS呢，对头，NMOS差分输入级的输入电压可以达到正电源轨，但是达不到负电源轨，一般会在负电源轨的1.2V之上。     此时有人想到了，把PMOS和NMOS差分输入级并联起来。在接近电源

4、负电压轨时使PMOS差分输入级工作，在接近电源正电源轨时使NMOS差分输入级工作。这样不就可以实现运放的轨至轨输入了嘛。太巧妙了。的确早先的轨至轨输入运放就是这样设计的。并且现在也在大量使用这种技术。如下图是OPA703的输入级，就是典型的PMOS与NMOS相并联的运放输入级。当输入共模电压在(Vss-)-0.3V

5、。     下表是OPA703的datasheet中给出的共模电压输入范围(V-)-0.3V至(V+)+0.3V.      Bipolar输入级运入同样也有这样的结构，如下图是典型PNP与NPN型三级管并联形成的差分输入级。