运放专题：运放输出电压

运放输出电压

定义：在给定电源电压和负载情况下，输出能够达到的最大电压范围。或者给出正向
最大电压 VOH 以及负向最小电压 VOL——相对于给定的电源电压和负载；或者给出与电
源轨（rail）的差距。

优劣范围：一般运放的输出电压范围要比电源电压范围略窄 1V 到几 V。较好的运放
输出电压范围可以与电源电压范围非常接近，比如几十 mV 的差异，这被称为“输出至轨
电压”。这在低电压供电场合非常有用。当厂家觉得这个运放的输出范围已经接近于电源电
压范围时，就自称“输出轨至轨”，表示为 Rail-to-rail output，或 RRO。

理解：
在没有额外的储能元件情况下，运放的输出电压不可能超过电源电压范围，随
着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大。这需要看数据手册中的附图。
输出电压范围，或者输出至轨电压有如下特点：
1） 正至轨电压与负至轨电压的绝对值可能不一致，但一般情况下数量级相同；
2） 至轨电压与负载密切相关，负载越重（阻抗小） 至轨电压越大；
3） 至轨电压与信号频率相关，频率越高，至轨电压越大，甚至会突然大幅度下降；
4） 至轨电压在 20mV 以内，属于非常优秀。

实际运放的输出电压

一、我们将拿LM324 与 OPA2363 作为对比来看下运放的输出电压，以及轨至轨运放与非轨至轨运放的输出电压的区别。
需要说明：
1、LM324 为非轨至轨运放，可单电源供电也可双电源供电，数据手册如下图所示：

2、OPA2363为单电源，轨至轨运放，数据手册如下图所示：

二、我们用仿真的软件来看下负载大小这两款芯片的输出电压。
仿真电路接成单限电压比较器，
1、不带负载，当电路输出低电平时：
LM324的输出电压：-19.75mV （单电源供电，为什么还会出现负电压呢？）

OPA2363的输出电压：5.83mV

总结：这两款芯片输出低电平时，不是标准的的0V (均为单电源供电)。

2、不带负载，当电路输出高电平时：
LM324输出高电平为：4.02V （比电源电压略低）

OPA2363 输出高电平为： 5V (正好为电源电压)

总结：轨至轨运放输出的高电平为电源电压（正电源轨），非轨至轨运放输出高电平接近电源电压（正电源轨），但离电源电压还有一段距离。

3、带2k负载，输出高电平时：
LM324 输出高电平为：3.89V（比空载时的4.02V略低）

OPA2363输出高电平为：4.93V(比空载时的5V略低)

总结：运放的输出电压不可能超过电源电压范围，随着负载的加重，输出最大值与电源电压的差异会越大

**三、**信号频率对运放输出电压的影响
把电路接成同相比例放大电路， 放大倍数为5倍，以使输出信号幅值饱和
1、信号源：幅值1V 1KHz 正弦波 看电路：


总结：可以看出1V的正弦波放大5倍后百年后变成了幅值为5V的正弦波，可是由于LM324为非轨到轨的运放，高于4V的部分倍截去，而OPA2363 为轨至轨，所以输出波形未见明显失真，为5V正弦波。

2、其他参数不变，把信号源的频率调整为500k,来看下输出电压波形：
调整信号源频率后，两个运放的输出电压均略有下降。

总结：频率越高，至轨电压越大，甚至会突然大幅度下降。（至于原因，涉及到增益带宽积这一参数）