轨到轨运放是什么意思 轨到轨运放原理讲解

“轨到轨（rail-to-rail）是一个用来描述运算放大器（op amp）术语，指运放输入或者输出信号可以接近于运放供电电源的极值。轨到轨可以指输出，也可以用来指输入和输出。

对运放来说，轨到轨（rail-to-rail）是一个重要的概念。传统的运放在输出电压范围上通常受到限制，不能完全达到供电电压的边界（也称为"铁轨（rail）"）。然而，轨到轨运放能够让输入或者输出电压接近或达到供电电压的边界，这使得它们在某些应用中更为灵活和适用。

要想理解轨到轨得先理解 什么不是轨到轨 。

许多在相对高电压导轨（例如+/-15V）上工作的运放只能将输出驱动到导轨附近3或4伏的地方——例如，对于一个双电源±15伏的供电的运放，运放的输出电压只能到+/-12伏。此类运放不是轨到轨运放。

古老的LM741运放不是“轨到轨”的，原因如下：在数据表中的电气特性表格，输出电压摆幅在供电电压=±15V，输出负载 2kΩ 的测试条件下被测定为±13V。所以输出只能在供电轨附近2V以内变化。

反之，轨到轨（rail-to-rail）意味着运放的输入和输出可以在接近电源电压的范围内工作。

轨到轨这么好，那么问题来了：既然轨到轨这么好，为什么还有非轨到轨运放的存在？

原因就在于 rail-to-rail 的运放，一般都是低压器件（+/-5V 或single +5V），输入输出电压都能达到电源（输入甚至可以超过）。注意，上一个句子里有个"一般"。非轨到轨的运放可以轻轻送干到30几伏的供电电压。

一个相关的术语，顶部空间（head room），是衡量信号接近导轨的程度的一个指标。从导轨到输出信号峰值电压的距离就是顶部空间。在3.3V的供电电压下，顶部空间为0.3V，意味着你的信号可以在不失真的情况下达到+/- 3.0V（顶部空间指的是正负供电导轨）。随着输出电流的增加，顶部空间也会增加。

图1：在这个例子中，上导轨是电源电压VDD。顶部空间是300毫伏，下导轨是地。如果运放是真正的轨到轨，那么削波（深红色线）就不会发生在4.4伏 VPP。

图2：另一个放大了的波形图显示，当输出接近其供电电压极值时，削波可能会发生。VDD是放大器的供电电压，决定了导轨的位置。

总结：

轨道轨运放可以最大限度输入或者输出信号，使得输入或者输出信号非常接近于电压电压的极值。