一文读懂运放的共模输入和输出

最新推荐文章于 2025-10-05 12:15:12 发布

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#硬件工程

本文详细解析了运算放大器的共模输入电压范围和输出电压范围，强调了不超过规格书参数的重要性。共模输入电压范围是指保证运放正常工作的输入电压范围，而输出电压范围则受限于电源电压和负载。讨论了输入和输出电压摆幅，以及轨到轨运放的概念。还介绍了导致到轨电压的原因，并展示了不同类型的输入级结构和技术，如自调零技术，以实现更好的轨到轨性能。

（1）输入电压范围（Input Voltage Range）

定义：保证运算放大器正常工作的最大输入电压范围。也称为共模输入电压范围，规格书中经常使用Vcm这个参数来给出该范围。

理解：运放的两个输入端，任何一个的输入电压超过此范围，都将引起运放的失效。注意，超出此范围并不代表运放会被烧毁，但绝对参数中出现的此值是坚决不能超过的。之所以叫共模输入电压范围，是因为运放正常工作时，两个输入端之间的差压是很小的，某个输入端的电压与两个输入端电压的平均值（共模）是基本相同的。

有几点需要注意：

1)Vcm是指运放两个直接输入端的电压。并不一定是外部信号电压。一定要搞清楚！看看这个例子。供电电压是+/-5V，但是信号电压是10V，可是到运放的输入是1V，那么就在这个共模电压的范围内了。

2)另外，之前在CMRR的时候，提到过，就是两个输入端的平均值。这个概念没有问题。我要问的是下面这个问题：按理说这是平均值，我们来进行简单的推导，就是Vp+Vn因该在2倍Vcm的范围内。那么按照这样算法，岂不是Vp和Vn的范围都应该是2倍的Vcm？那为啥每个端口都应该遵守Vcm的范围呢？因为这两个端口的值是相同的，为啥，虚短么。当然这里没有考虑Vos啊（即两者并不完全相等，最多几个mV）。这就是为什么也叫共模电压输入范围，即正常工作时，每一个输入的电压与两个输入端的电压平均值基本相同。所以对于每个输入端，效果是一样的，即你看到的都是共模电压。

3)在使用运放时，不要超过规格书给出的共模输入电压范围。如果超过的话，那么将会出现失真。仿真看一下。