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  • 運放的輸入輸出限制,信號失真解析
    • 發布時間:2023-07-18 17:30:31
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    運放的輸入輸出限制,信號失真解析
    運放電路中,造成信號失真的因素有很多,運放的輸入輸出限制就是其中之一,特別是非軌對軌(Rail to Rail)輸入輸出的運放,尤其要注意信號的輸入輸出是否在其范圍之內,以免造成信號失真。
    運放的輸入輸出限制,分開來講,分別對應共模輸入電壓和輸出電壓擺幅。
    共模輸入電壓
    運放共模輸入電壓定義了正常輸入時,所需的共模電壓范圍,共模輸入電壓通常與運放的供電電源有關。如果超過這個范圍,輸出信號就會工作在非線性,引起失真。
    如下圖所示,運放的供電電源為±2.5V,其共模輸入電壓范圍為-2.6V < VIN < -1.0V,輸出電壓范圍為 -2.3V < VOUT < 2.3V。
    運放 輸入輸出 信號
    可以分析,輸出電壓不在共模輸入電壓范圍內,所以可能會導致輸出電壓不在 μV 級別,可能會到 mV 級別。
    輸出電壓擺幅
    運放輸出電壓擺幅也與運放供電電源有關。同樣,如果超過這個范圍,也會使得輸出信號產生失真。
    如下圖所示,運放的供電電源為 5V,其共模輸入電壓范圍為 -0.1V < VIN < 1.5V,輸出電壓范圍為 0.2V < VOUT < 4.8V。
    運放 輸入輸出 信號
    上圖的共模輸入電壓為 0V,工作在共模輸入電壓范圍,理論輸出電壓應該也是 0V,但是并不在輸出電壓擺幅范圍內,所以輸出電壓可能達到 200mV,引起了較大誤差。
    信號失真仿真示例
    下面看一個仿真示例:輸入是±1.5V 的三角波,輸出出現削波現象,其原因在于輸入幅值不在共模輸入電壓范圍。當三角波幅值達到 1.5V 時,已經超過共模輸入電壓的最大值 1V,所以會產生削波現象。
    運放 輸入輸出 信號
    總結:使用非軌對軌運放時,需要考慮輸入電壓是否在共模輸入電壓范圍,同時還要考慮輸出電壓擺幅問題。當然,如果是軌對軌運放,造成的影響就會小很多。
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