由于工藝限制放大器的輸入電壓范圍、輸出電壓范圍和供電電壓之間存在電壓差。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)確保電路在信號處理中不會(huì)因?yàn)榉糯笃鞯妮斎�、輸出限制�?dǎo)致失真。本篇將介紹放大器輸入電壓范圍和輸出電壓范圍參數(shù)的使用方法與軌到軌的理解誤區(qū)。
1 輸入電壓范圍
輸入電壓范圍（Input Voltage Range），是指放大器兩個(gè)輸入端引入信號的電壓范圍，也稱作共模輸入范圍（Input Common-Mode Voltage Range）。在數(shù)據(jù)手冊中給出的方式有兩種，其一，直接提供輸入電壓范圍。如圖2.2，ADA4077在±15V供電時(shí)，輸入電壓范圍在-13.8V至+13V。
圖2.2 ADA4077輸入特性參數(shù)
其二，以供電電源軌為參考的輸入電壓范圍，如圖2.168，ADA4807的共模輸入范圍是-Vs-0.2V 至Vs+0.2V。其中，-Vs表示放大器負(fù)電源供電電壓，+Vs表示放大器正電源供電電壓。當(dāng)電源電壓是±2.5V時(shí)，輸入電壓范圍為是±2.7V。
圖2.168 ADA4807輸入特性參數(shù)
當(dāng)輸入信號超出放大器的輸入電壓范圍，將發(fā)生削波現(xiàn)象。如圖2.169，ADA4077組建緩沖器電路，使用±15V供電，信號源Vin提供幅值為±15V，頻率為5KHz的正弦波。
圖2.169 ADA4077輸入電壓限制仿真電路
電路瞬態(tài)分析的如圖2.170，輸入信號V（in）是正弦波幅值為±15V頻率為5KHz，但是輸出信號V(out)的發(fā)生失真，在波峰處被削平，最高輸出電壓為13.55V，最低輸出電壓為-13.39V。
圖2.170 ADA4077輸入電壓限制瞬態(tài)分析結(jié)果
2 高輸出電壓與低輸出電壓
高飽和輸出電壓擺幅（High Saturated Output Voltage Swing，VOH）簡稱高輸出電壓,與低飽和輸出電壓擺幅（Low Saturated Output Voltage Swing，VOL）簡稱低輸出電壓，是指放大器在給定電源電壓和負(fù)載時(shí),輸出信號的電平能達(dá)到最高與最低電壓。
數(shù)據(jù)手冊中給出的方式有兩種，其一，直接提供高、低輸出電壓值。如圖2.3，ADA4077在±15V供電，驅(qū)動(dòng)1mA負(fù)載時(shí)，低輸出電壓為-13.8V，高輸出電壓為+13.8V。
圖2.3 ADA4077輸出特性
其二，以電源軌供電電壓為參考的輸出電壓擺幅。如圖2.171，ADA4807在輸出負(fù)載為1KΩ時(shí)，低輸出電壓典型值為-Vs+0.07V ，高輸出電壓典型值為+Vs-0.04V。其中，-Vs表示放大器負(fù)電源供電電壓，+Vs表示放大器正電源供電電壓。如果電源電壓是±2.5V時(shí)，低輸出電壓為-2.43V，高輸出電壓為2.46V。
圖2.171 ADA4807 輸出電壓擺幅
高、低輸出電壓的限制與工作溫度相關(guān)。如圖2.172，ADA4077的高、低輸出電壓隨溫度升高而變大。因此，在遲滯比較器、波形整形等應(yīng)用時(shí)需要結(jié)合溫度、功耗信息設(shè)計(jì)門限閾值。
圖2.172 ADA4077高、低輸出電壓與溫度
3 軌到軌的正確理解
如圖2.173，部分放大器數(shù)據(jù)手冊的首頁標(biāo)有軌到軌（Rail-to-Rail,RR）的描述。它是指放大器的輸入電壓范圍、輸出電壓的擺幅接近（不是等于�。。。�電源電壓。具體類型包括軌到軌輸出（RRO）、軌到軌輸入與輸出（RR I/O）。
圖2.173 ADA4625與ADA4807特性概述
軌到軌放大器應(yīng)用中需要注意以下幾點(diǎn)：
(1)信號到正電源軌與信號到負(fù)電源軌的絕對值可能不一致。
(2)信號到電源軌與負(fù)載大小有關(guān)，負(fù)載電阻越大（負(fù)載電流越�。杰墘翰钤叫�。
(3)信號與電源軌之間存在電壓差，通常為數(shù)十毫伏。
其中，特別注意第3點(diǎn)，軌到軌不代表信號與電源軌完全一致。尤其在單電源供電系統(tǒng)可能導(dǎo)致小信號失真。
2018年9月上旬，筆者收到一位工程師的咨詢，他為國產(chǎn)知名3C企業(yè)即將發(fā)布的新產(chǎn)品，設(shè)計(jì)了一款生產(chǎn)線測試設(shè)備，其中使用TI軌到軌輸出的零漂放大器OPA2335處理0~2V直流信號，OPA2335供電電源為單5V，測試中發(fā)現(xiàn)最低輸出只有20mV,不能達(dá)到0V輸出。
筆者與工程師確認(rèn)OPA2335數(shù)據(jù)手冊，如圖2.174。單5V供電，輸出阻抗為10K時(shí)，低電壓輸出限制為15mV(典型值)，即小于15mV信號輸出時(shí)將發(fā)生失真。建議更換為正、負(fù)電源供電的放大器，保證在0V附近信號不失真，提供ADA4528/ADA4522部分樣品進(jìn)行驗(yàn)證。最終工程師使用支持雙電源供電的零漂型放大器完成設(shè)備整改。
圖2.174 OPA2335輸出特特性
綜上，輸入、輸出電壓范圍參數(shù)與放大器供電范圍掛鉤，而放大器的供電電壓是放大器選型評估中優(yōu)先級最高的參數(shù)。在選型分析中，待定放大器型號的交流參數(shù)，直流參數(shù)即使非常適合擬定的需求，但是如果供電電壓不達(dá)標(biāo)就會(huì)否決。
