運(yùn)算放大器（常簡(jiǎn)稱(chēng)為“運(yùn)放”）是廣泛應(yīng)用的、具有超高放大倍數(shù)的電路單元?？梢杂煞至⒌钠骷M成，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在?，F(xiàn)今運(yùn)放的種類(lèi)繁多，廣泛應(yīng)用于幾乎所有的行業(yè)當(dāng)中。

運(yùn)放的輸入電位通常要求高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸入電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化，甚至稍微高于正電源或稍微低于負(fù)電源也被允許。這種運(yùn)放稱(chēng)為軌到軌（rail-to-rail）輸入運(yùn)算放大器。

運(yùn)放的輸出電位通常只能在高于負(fù)電源某一數(shù)值，而低于正電源某一數(shù)值之間變化。經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)的運(yùn)放可以允許輸出電位在從負(fù)電源到正電源的整個(gè)區(qū)間變化。這種運(yùn)放成為軌到軌（rail-to-rail）輸出運(yùn)算放大器。

在放大器采集信號(hào)應(yīng)用中，許多信號(hào)鏈設(shè)計(jì)人員沒(méi)有意識(shí)到，調(diào)整放大器的信號(hào)電平、增益和偏移可以讓他們使用原來(lái)的運(yùn)算放大器選擇。

有幾種類(lèi)型的軌到軌運(yùn)算放大器 (opamp)。軌到軌輸入 (RRI) 運(yùn)算放大器可以在任何輸入下工作，從正電源軌 (V CC ) 一直到地或負(fù)電源軌。軌到軌輸出 (RRO) 運(yùn)算放大器可以輸出接近正電源軌和負(fù)電源軌的電壓。軌到軌輸入和輸出 (RRIO) 運(yùn)算放大器具有這兩種特性。其他非軌到軌輸入和輸出運(yùn)算放大器的輸入和輸出范圍有限；但是，它們沒(méi)有輸入交叉失真，并且通常具有更低的輸出阻抗和更低的成本。

2.放大器拓?fù)?/span>結(jié)構(gòu)

在這篇文章中，我將討論四種流行的放大器拓?fù)洌?/span>

· 反相放大器。

· 同相放大器。

· 差分放大器。

· 單位增益緩沖器。

反相放大器有利于最小化總諧波失真。圖 1 顯示了基本原理圖。

圖 1：反相放大器

由于輸入共模范圍是設(shè)計(jì)人員設(shè)置的固定電壓，因此不需要 RRI。如果輸出需要跨越整個(gè) V CC范圍，RRO 會(huì)很有幫助。

同相放大器保持輸入信號(hào)極性。圖 2 顯示了基本原理圖。

圖 2：同相放大器

所需的輸入共模范圍將小于輸出范圍。差分放大器的縮小輸入范圍意味著我們可能不需要 RRI。如果輸出需要跨越整個(gè) V CC范圍，RRO 仍然有用。

對(duì)于運(yùn)算放大器的整個(gè) V OUT范圍內(nèi)的操作，輸出電壓低 (V OL ) 和輸出電壓高 (V OH ) 將在有效輸入共模范圍內(nèi)具有反相引腳電壓。對(duì)于V中的反相端子電壓OL為V OL + R ?F /（R ?F + R G ^）*（V REF - V OL）。對(duì)于V中的反相端子電壓OH為V OH + R ?F /（R ?F + R G ^）*（V REF - V OH）。

差分放大器非常適合浮動(dòng)或平衡輸入源。圖 3 顯示了基本原理圖。

圖 3：差分放大器

差分增益、同相輸入范圍和 V REF參考電壓設(shè)置了必要的輸入共模范圍。輸入共模電壓為 (V REF + V IN+ * G)/(G+1)，其中 G 是電路的差分增益，V REF是同相分壓器的端接電壓，V IN+是同相差分輸入. 較低的增益會(huì)降低所需的輸入共模范圍。

我們應(yīng)該使用上一段中的公式測(cè)試最小和最大 V IN+以驗(yàn)證輸入共模范圍沒(méi)有被超出。如果輸出需要跨越整個(gè) V CC范圍，RRO 會(huì)很有幫助。

單位增益緩沖器可防止信號(hào)負(fù)載并提供低輸出阻抗。圖 4 顯示了基本原理圖。

圖 4：?jiǎn)挝辉鲆婢彌_區(qū)

對(duì)于這種配置，輸出將忠實(shí)地跟蹤運(yùn)算放大器輸入和輸出電壓范圍指定的電壓的輸入。

輸出擺幅受輸出范圍的限制，該范圍在數(shù)據(jù)表規(guī)格中對(duì) V OL和 V OH 進(jìn)行了規(guī)定。試圖超出輸入范圍將導(dǎo)致輸出信號(hào)削波或可能有一個(gè)輸出階躍至最大 V OH。圖 5 顯示了 LMV358，它可以剪輯輸出（藍(lán)色曲線）或輸出階躍（紅色曲線）。

圖 5：使用單位增益電路的RRO LMV358 V OUT與 V IN 的關(guān)系，其中 V CC = 3.3V

使用 RRO 器件實(shí)現(xiàn)全范圍輸出需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行電阻衰減以滿足輸入共模范圍，然后放大相同的因子。這種方法的問(wèn)題是你需要四個(gè)電阻而不是一個(gè)。這種方法還降低了輸入阻抗，這可能會(huì)破壞添加單位增益緩沖器的目的。

因此，最好讓前級(jí)提供一個(gè)在運(yùn)放輸入和輸出范圍內(nèi)的輸出信號(hào)。

調(diào)整信號(hào)電平、增益或偏移后，我們可能會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)算放大器畢竟是兼容的。