单电源运算放大器不能真正实现输出的轨对轨摆动。接近轨时,放大器呈现出非线性。对线性工作,单电源放大器的输出每轨都能达到50到300mv(图1)。
单电源放大器,轨对轨输出的广告造成安全的错觉。图1显示了驱动轨输出时,典型单电源放大器的输出摆幅。
在输出摆幅达到最大值之前,放大器的线性就已经开始大幅下降,放大器输出不能达到任何电源电压。
为使直流开环增益指标达到要求,只有假设放大器处于线性工作输出范围。直流开环增益用分贝表示为20 log(δvout/δvos),其中vout为电压输出,vos为输入偏置电压。驱动输出为高时,vh为输出直流开环增益测量的最大电压。voh为相对于输出所能达到vdd的绝对电压最大值。vl为输出直流开环增益测量的最小电压,vol为输出所能达到的绝对电压最小值。vh小于voh,而vl大于vol。
从信号流的观点看,运算放大器驱动adc时,输出限制轨对轨摆幅。图2a中fft图显示了5v系统中,放大器结合adc对1khz信号的响应。放大器典型的闭环带宽约为3mhz,上升速率为2.3v/µsec。放大器输出电压在140 mv到4.66v摆动。在5v供电系统中,信号到电源的差距为140 mv。对这个放大器,vol最小为比地电压高15 mv,而voh最大为vdd–20 mv。
图2a通过显示2、3、4khz等频率下的失真,说明了单电源供电的cmos放大器输出范围的非线性。通过减少每个轨的放大器输出信号到272 mv,在仅有adc失真时数据理想。(图2b)
使用单电源运放,要仔细阅读手册。一些单电源运放有输出域电荷泵,允许放大器输出摆动达到和超出供电电源轨。在任何情况下,务必要读数据手册和参考开环增益测试条件。
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