不加负压怎么让运放避开最小输出电压限制

以下文章来源于24c01硬件电子 ，作者24c01

之前讨论过关于运算放大器输出轨的问题，即运算放大器的输出会由于内部限制会有一个输出电压范围，而且这个输出电压范围也是受到温度以及输出电流（负载）影响，例如下图截取自LTC2058：

就像上图所写，这颗LTC2058运算放大器如果是单电源供电的话，比如12V和GND，那么输出最低的电压只能是0V+5mV = 5mV（空载典型值）。

那么能让运算放大器输出0V呢？这个其实以前的推文有介绍过一种方法，就是双电源供电，即给运放加个负压，比如±5V供电，那么运放的输出的最低电压就是-5V+5mV=-4.995V，那么运算放大器自然而然的就可以输出0V电压了。这种方法在《新概念模拟电路基础》里也有介绍，如下图：

那么本文介绍第二种方法，即不加负压供电，如何能避开这个最小输出电压，这个也是LTC2058里的典型应用电路（下图截取自LTC2058的数据手册），如下图，蓝色曲线是不增加二极管的输出电压曲线，红色是输出端串联二极管的输出曲线，黑色是理想运算放大器的输出曲线（输出完全完全轨到轨，单电源供电情况下也可以0V~VCC输出电压）：

上图，是一个低端电流检测放大电路，是一个同相比例放大器，放大倍数是101倍，输出电压Vout = Vsense*101。

例如同相输入端检流电阻上的电压Vsense = 30uV

不串联二极管的情况：

理想运算放大器（输出完全轨到轨）输出电压Vout为30uV*101 = 3.03mV。

然而实际运算放大器（输出到电源轨会有几mV~十几mV甚至更多的电压差，尤其是非轨到轨运放）。由于是单电源供电，而且3.03mV＜5mV（运放能输出的最低电压），所以本例子中LTC2058输出为5mV。

加二极管的情况（假设二极管压降1V）：

理想运算放大器输出电压为1V+3.03mV，减去二极管压降最终输出3.03mV。

**实际运算放大器输出电压为1V+3.03mV（大于最小输出电压5mV），由于二极管在反馈环内，所以说最终输出电压仍然是3.03mV。那么这样就避免了单电源供电的应用场合下触及输出最小电压的问题了。**如下图：

运算放大器输出串联二极管的仿真电路，可以看到避开了输出轨的输出最低电压：

运算放大器输出端去掉二极管后的输出电路，可以看到受到输出轨的最小输出电压影响：

运算放大器输出端去掉二极管后，使用双电源供电，可以看到也避开了输出最小电压：

总结：这个方法可以在不加负压供电的同时有效的避开运放的最小输出电压（输出轨最低点问题），不过由于增加了二极管的压降Vf，也会导致最终的输出最高电压（二极管阴极电压）受限，比如不加二极管时最高时输出5V，那么加了二极管后，最终输出电压只能是5V-Vf。这个电路优点很明显，缺点也很明显。当然就算加了二极管，也无法真正输出0V，因为会受到失调电流和失调电压的影响。