運放的共模輸入輸出電壓設置

運放的共模輸入/輸出電壓設置=1運放是電工經(jīng)常用到的元器件，在選擇一個運放的時候，就要關注電壓參數(shù)。從運放的datasheet中首先看到的就是輸入電壓范圍，這個很好理解，就是運放電源電壓的使用條件。LM124-Ni'LM找45兒州莢*NL曜沖4MIMMAXMINMMUNIT&jppr^vcitag?,322&V咱1Inp&rtV口怙**VInpMl心加時x3 3SV但是僅僅理解這個電壓，就能正確使用運放嗎？顯然不是的，還需要關注運放的共模輸入電壓范圍：InpdlCaflimEH-rAodEValiagE：Rm"'W二30"心0部,w二貿(mào)叫九二aspo r-ij&d v*-i.50 n血最近看到論壇有聊到運放共模輸入電壓，也聊聊我的一些認識。這個共模輸入電壓沒有選擇好，輸出就達不到理想的設計輸出效果。運放輸入共模電壓的限制主要是運放內(nèi)部第一級的差分輸入級晶體管要工作的飽和區(qū)的限制。運放是同相輸入還是反相輸入的接入，都會導致運放的共模電壓的不同。一般對運放共模輸入電壓有如下定義：10V10VVos=3O|1VOPA140下面兩個示意圖反應了共模輸入電壓在不同電路是不同的，對于反相輸入的運放電路，共模輸入電壓是定值，基本就是GND電壓，為0.對于同相輸入運放電路，共模輸入電壓隨輸入電壓變化而變化的。

如果電路的共模電壓超過了datasheet中規(guī)定的限值，輸出會是什么樣子了。下面通過仿真電路來看下，當共模輸入電壓不滿足要求，輸出是什么樣的。7E5V首先以OPA140為例，當輸入電源電壓是5V的時候，根據(jù)datasheet得到其輸入共模電壓范圍在0.2V到4.8V之間，并不是一個軌對軌的運放。7E5V-MWvDUvDU-]<4.avV-4.1V?Vn?1JV+使用OPA140搭建一個跟隨器，雙電源供電。當輸入信號是一個±5V的信號，按照理想運放分析的話。輸出信號應該±5V的信號。但是公國TINA進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)輸出信號在2.3V被cliping。這是沒有完全跟隨理想運放的特性，就是受到輸入共模電壓的限制。所以在設計運放的時候要重點關注選擇的運放輸入共模電壓是不是合理，由于共模輸入電壓是和電源電壓有關系，所以在選擇了電源電壓的時候，共模輸入電壓的范圍也大致確定了，但是仿真數(shù)據(jù)是做一個參考，實際輸出電壓范圍還是要以實際電路測試中的結果為準，就是為了避免輸出電壓在閾值范圍附近，仿真模型不能完全反應出實際電路的特性，畢竟實際電路高低溫，高濕環(huán)境下造成運放參數(shù)偏移，這些通過仿真模型是得不到的。

■日口爽1穴■日口爽1穴-rUFsin -axRIsFa*PHe^>隨后給一個改變電源電壓的仿真例子，仿真結果顯而易見，電源電壓修改為±10V,共模輸入電壓范圍就是-0.1V到8.5V。所以運放輸入電壓范圍是±5V，輸出就能滿足跟隨器的特性，完全跟隨輸入的信號?！鯢UKm?-DX曰wllasJIT乓也 主ChQM Wg Eg QM Wg Eg 踴Mk 舶姬■irw(>)由于輸出特性是和輸入特性強相關，那么輸入信號滿足輸入共模電壓范圍，那么是不是輸出信號就能完全符合電路特性呢？顯然這個也是不對的，是因為輸出電壓也是有范圍的，輸出電壓也不是能完全達到電源電壓的范圍，從OPA140得知，輸出電壓也是受電源電壓影響，當輸入電壓是-1.5VVVinV1.5V，電源電壓Vcc=±2.5V，那么輸入共模電壓范圍就是-2.6VVVinV-1V，輸出電壓范圍-2.7VVVoutV2.3V，所以當輸入電壓在-1VVVinV1.5V，輸出是沒有信號的，這個仿真的例子說明運放的輸出是非線性的行為，沒有滿足跟隨器的特性。盡管此時輸出電壓是0V，但是輸出信號有可能是隨機的，此時運放已經(jīng)工作不正常，在實際電路中出現(xiàn)什么情形都是有可能的。所以，此時仿真的數(shù)據(jù)僅僅做參考。此時要做的工作就是選擇一個滿足要求的運放，或者修改輸入共模電壓的范圍，使電路滿足要求。

■Nawnp-TRhKUII? -OX土Edi單f■Nawnp-TRhKUII? -OX土Edi單fPeebWpbu]ia田it理墾UlQM-14Mdflu4fl(Wtf(?me?y?o<?uTme睇PCMH點||此\陌2I『日Eu/I|如〃|_繼2值醇通過以上幾個仿真例子，應該很清楚的明白了運算放大器共模輸入電壓對電路的影響。所以在實際產(chǎn)品的設計過程中，通過仿真或者Math分析計算發(fā)現(xiàn)，運放的VICMR不能滿足要求的時候，但是此時電路設計已經(jīng)基本定型，layout的修改也比較麻煩，此時需要有一些備選方案做改進：要是僅僅發(fā)現(xiàn)是輸入信號的幅值太高，可以使用電阻分壓器，修改VICMR的范圍，使其滿足VICMR的范圍；向供應商咨詢，能否選用pin-to-pin的運放，將運放修改為軌對軌的輸入運放；要是僅僅是輸入信號偏移存在問題，可以使用一個輸入偏置或者DC偏移點哪里，從而讓輸入信號可以保持在規(guī)定的運算放大器VICMR范圍里面；以上的幾個建議僅僅是作為參考，最后的方法是方案設計期間，就詳細計算VICMR，下面是以OPA140運放搭建一個跟隨器電路。同樣的電路，當輸入電壓和電源電壓發(fā)生變化的時候，輸出會得到不同的電壓。根據(jù)仿真數(shù)據(jù)，做了一個簡單的小結：疝VDu1]山ill心rKMvovurmWMTIffiw訴由c杭nwri*,史ME,岫1伸eVM.HWii響5IU-ILHMA13QQ■a.i0.2tt1f=AJJ5E1a■1-24心11I?血S-5■G-GIS4.H<9t1匚皿心1S-56k.5-s.aFUSEtFSL5E]在仿真1中就是，輸出電壓超過了datasheet的范圍；在仿真2中就是，輸入共模電壓超過了datasheet的范圍；在仿真3中就是，輸出電壓超過了dat