运放参数解析：输入输出电压范围

今天继续给大家分享运放另一项指标——输入输出电压范围。

在分析理想运放时我们似乎很少关注运放输入输出的电压范围。早年的运放由于一些工艺技术问题无法突破，所以这些运放通常为±15V供电，此时对于大多数电路输入输出电压范围问题并不是很突出。但如今的运放多为±5V甚至±3.3V供电。此时我们需要考虑运放的输入输出电压范围以确保放大电路的正常运行。

图1为运放输入输出电压范围示意图。红色为运放供电电压±Vs。首先介绍一下输出电压范围。所谓输出电压范围是指运放输出端电压Vo能够达到的最大值与最小值之间的范围，如图1紫色箭头所覆盖区域。若某款运放的Vo_upper和Vo_lower可以进入黄色区域内，即上下限非常接近±Vs，说明此款运放输出级为“轨至轨“类型的运放，可以较普通运放输出更宽的Vo。

图1 OPA输入输出电压范围示意图

运放输出电压范围不仅受运放供电电压的影响而且与运放的输出级电路及运放负载电流大小有关。例如ADI的运放LT1358，其输出电压如下表1所示，可知其输出电压是无法达到运放供电电压的，这就需要我们设计电路时需要考虑运放输出电压范围是否能够满足要求，就如LT1358在±5V供电时Vo只能在±3V左右！

表1 LT1358 Vo电压范围

若需要运放输出电压尽可能接近供电电压我们可以选择运放输出级为“轨至轨“类型的运放，如ADI的AD8691为输出级“轨至轨“类型的运放，由表2可知该运放的输出电压范围非常接近5V供电电压。那为什么是非常接近5V而不是等于5V？原因在于输出级为“轨至轨“类型的运放输出级一般采用CMOS推挽电路，由于CMOS存在导通电阻Rdson，当CMOS导通时会损失一小部分电压，且输出电流越大Vo电压范围越小。

表2 AD8691 Vo电压范围

接下来介绍一下输入共模电压范围。所谓输入共模电压范围是指运放同向与反向输入端电压能够达到的最大值与最小值之间的范围，若某款运放的输入端共模电压的最大值与最小值可以进入图2中粉色区域甚至超过±Vs，则说明此款运放支持输入“轨至轨“的运放。

图2 OPA输入输出电压范围示意图

这个参数很容易被我们忽略，若选用的运放供电电压较低时（±5V或±3.3V），设计电路时很容易使同向与反向输入端电压超过共模电压范围导致电路工作异常。同样以ADI的运放LT1358为例其输入共模电压范围如下表3所示，一方面输入共模电压范围与运放供电电压有关，另一方面若运放输入级不是“轨至轨“类型的运放输入共模电压无法达到运放供电电压，因此我们需要根据电路要求选择合适的运放供电电压以保证同向端与反向端电压不超过共模电压范围。

表3 LT1358 Vin共模电压范围

若需要输入共模电压尽可能达到运放的供电电压，我们可以选择运放输入级为“轨至轨“类型的运放。如TI的OPA392输入级为“轨至轨“类型，其同向与反向输入端电压可以达到运放供电电压，这就可以支持更宽范围的输入共模电压，从而提升电路设计的灵活性。

表4 OPA392 Vin共模电压范围

OK，关于运放输入输出电压范围的几点问题今天就和大家分享到这里，喜欢笔者的读者请点击下方公众号名片关注笔者，您的关注与支持将转换为笔者前进的动力，小生将在后续的推送中不断送出更多优质内容，关注后还可加入技术交流群与各路大神共同探讨进步。

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