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  • 运放的输入输出限制,信号失真解析
    • 发布时间:2023-07-18 17:30:31
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    运放的输入输出限制,信号失真解析
    运放电路中,造成信号失真的因素有很多,运放的输入输出限制就是其中之一,特别是非轨对轨(Rail to Rail)输入输出的运放,尤其要注意信号的输入输出是否在其范围之内,以免造成信号失真。
    运放的输入输出限制,分开来讲,分别对应共模输入电压和输出电压摆幅。
    共模输入电压
    运放共模输入电压定义了正常输入时,所需的共模电压范围,共模输入电压通常与运放的供电电源有关。如果超过这个范围,输出信号就会工作在非线性,引起失真。
    如下图所示,运放的供电电源为±2.5V,其共模输入电压范围为-2.6V < VIN < -1.0V,输出电压范围为 -2.3V < VOUT < 2.3V。
    运放 输入输出 信号
    可以分析,输出电压不在共模输入电压范围内,所以可能会导致输出电压不在 μV 级别,可能会到 mV 级别。
    输出电压摆幅
    运放输出电压摆幅也与运放供电电源有关。同样,如果超过这个范围,也会使得输出信号产生失真。
    如下图所示,运放的供电电源为 5V,其共模输入电压范围为 -0.1V < VIN < 1.5V,输出电压范围为 0.2V < VOUT < 4.8V。
    运放 输入输出 信号
    上图的共模输入电压为 0V,工作在共模输入电压范围,理论输出电压应该也是 0V,但是并不在输出电压摆幅范围内,所以输出电压可能达到 200mV,引起了较大误差。
    信号失真仿真示例
    下面看一个仿真示例:输入是±1.5V 的三角波,输出出现削波现象,其原因在于输入幅值不在共模输入电压范围。当三角波幅值达到 1.5V 时,已经超过共模输入电压的最大值 1V,所以会产生削波现象。
    运放 输入输出 信号
    总结:使用非轨对轨运放时,需要考虑输入电压是否在共模输入电压范围,同时还要考虑输出电压摆幅问题。当然,如果是轨对轨运放,造成的影响就会小很多。
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