什么是轨到轨运算放大器？

简介：
简介：轨到轨运算放大器是一种输入输出电压摆幅接近电源 rails 的集成电路，适用于低电压应用和高共模输入范围的需求。 在模拟电路设计领域内，Rail-to-Rail 运算放大器是一种独特的运算放大器类型，其输出摆幅与供电电压一致，即 rail-to-rail 输出特性意味着它的输出电压范围可以达到整个电源供应的范围之内。这大大提升了系统的动态性能。 相比之下，传统的运算放大器通常采用 NPN 双极型晶体管 (BJT) 或场效应结型晶体管 (JFET)，这些器件具备高带宽、低噪声和低漂移的优点；然而，它们需要在双电源（即正负两端）下运行，并且为了有效工作于线性区域，每个端口至少需预留2～3V的电压裕量。 Rail-to-Rail 运算放大器通过采用特定输入结构来解决这一问题。该结构利用背靠背配置的NPN和PNP晶体管以及双折叠共射极-共基极放大电路，使得其输入信号可以接近电源两端的几个毫伏范围之内。输出级则采用了按照AB类工作模式安排的一对NPN-PNP射随器（即发射跟随器），从而使输出摆幅仅受限于晶体管饱和压降、电阻和负载电流。 Rail-to-Rail 运算放大器的关键优势在于其能够在接近零电压或电源极限值时仍保持线性，从而在整个电源范围内都能维持良好的性能。这显著扩大了系统的动态范围。 在实际应用中，这种类型的运放能够提供从负供电端到正供电端的完整输出电压区间，并且输入信号也可以覆盖这一完整的电位变化区域。因此，在低电压电路设计中特别适用Rail-to-Rail 运算放大器。 值得注意的是，尽管许多 Rail-to-Rail 运放声称支持 rail-to-rail 输入和输出，但实际情况可能并非如此：有些型号在接近电源极限值时性能会下降或者完全失效。所以在选择这类器件之前应仔细查阅数据手册以确认其具体规格是否符合设计需求。