运算放大器的输出限制

描述

前面的文章探讨了运算放大器输入共模电压的限制,运算放大器的输出也有限制,我们看一个简单的设计。使用运算放大器OPA141设计跟随威廉希尔官方网站 ,+5V供电,10K电阻R1为负载,同向输入端接地,如下图所示:

运放

同相输入端接地,我们当然认为,输出值是运放的失调电压,我们先看看OPA141的失调电压是多少,如下图所示,最大失调电压为4.3mV。

运放

于是我们可以大胆的预测上面的OPA141跟随威廉希尔官方网站 的输出电压应该是0-4.3mV之间(单电压供电,输出不可能为负数),但是实际情况是怎样的呢?如下图所示:
 

运放

输出是141.57mV,为什么差距这么大呢?这是由运放的输出限制引起的,OPA141的输出限制如图所示:

运放

根据这一参数,单电源+5V供电时,输出Vout:0V+0.2Vto 5V-0.2V即0.2V to 4.8V,也就是说+5V供电时,输出在0.2V至4.8V之间才是线性的,如果输出不在这个范围内,输出信号将会失真或者出现非线性。OPA141跟随威廉希尔官方网站 的输入是0V,理论上运放的输出也将跟随到0V,但是这已经低于了输出电压范围的最小值了,输出不再线性,即这里的141.57mV。

有人可能认为rail-to-rail的运放就可以满足了吧,其实不然,rail-to-rail运放它的共模输入电压范围可以超过电压轨,但是输出仅仅是接近电压轨,无法超过电源轨。读者可以查查相关datasheet,以做验证。

为什么输出会有限制呢,这涉及到运放内部结构的相关知识,有兴趣的读者可以进一步深究,这里就不在探讨了。


 

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