你是否超越了運(yùn)放的輸入共模區(qū)間
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違反VICMR的例子
違反VICMR的情況一般出現(xiàn)在使用3.3V、5V或其它低電壓應(yīng)用的單電源運(yùn)放中。在這些應(yīng)用中，輸入信號區(qū)間一般都是狹窄的，必須知道輸入信號和VICMR，才能確保運(yùn)放的正常運(yùn)行。一只違反了VICMR的運(yùn)放可能出現(xiàn)未預(yù)料的輸出性能，如信號在低于預(yù)期電壓電平處削峰，輸出信號電壓漂移，相位反轉(zhuǎn)，或輸出過早地到達(dá)某個電源電壓軌。
為更好地理解違反VICMR的效果，下面給出一些實(shí)例。用兩只具有不同VICMR規(guī)格的運(yùn)放可演示這些效果。這些器件都有軌至軌的輸出，排除了輸出級造成的限制。一個單電源的電壓跟隨器電路用于兩只器件的評估(圖3)。所有測試均在一個實(shí)驗(yàn)臺上完成，室溫約為25°C。
第一個例子使用了一只VCC為10V的TLC2272運(yùn)放。數(shù)據(jù)表顯示，它在25°C和5V電源電壓下的典型VICMR區(qū)間為-0.3V~+4.2V。注意輸入極限接近于正電源軌，比VCC低0.8V。得到的近VCC輸入極限大約為9.2V。
測試電路時，在其輸入端加一個直流偏移為VCC電壓一半(或5V)的300Hz正弦波。調(diào) 節(jié)交流幅度，直到看到VOUT有一個變化。當(dāng)施加10V峰峰值輸入時，VOUT顯示一個接近正電源軌的削峰信號，而不是接近負(fù)電源軌。這個接近正電源軌的不良性能就是預(yù)計輸入超過9.2V時的結(jié)果。對于0~9.2V之間的VIN，VOUT顯示和預(yù)期一樣的正確波形(圖4)。
第二個例子使用一只TL971軌至軌輸出的電壓跟隨器電路，但結(jié)果卻不同。此時，運(yùn)放采用一個單5V電源。從數(shù)據(jù)表規(guī)格可知，有保證的VICMR區(qū)間跨越了1.15V~ 3.85V范圍，或中心在VCC/2的大約2.7V峰峰值。輸入端加的是一個直流偏移為2.5V的1kHz正弦波。將VIN的幅度從200mV峰峰值調(diào)向更高電平，直到看到VOUT的變化。
VIN中心在2.5V時，VIN增加到2.7V峰峰值，VOUT都有預(yù)期的線性特性。當(dāng)VIN增加到約3.5V峰峰值時，中心在2.5V，VOUT繼續(xù)跟隨VIN，表現(xiàn)出正確的運(yùn)放特性。注意這個線性特性好于數(shù)據(jù)表對VICMR的限制，但仍然超出了保證的極限值。當(dāng)VIN增加到略高于3.52V峰峰值時，VOUT開始在接近正電源5V軌和負(fù)電源0V軌時表現(xiàn)出非線性特性(圖5)。VIN進(jìn)一步增加到4.2V峰峰值，明顯超出了VICMR。當(dāng)輸入峰值超過了近正電源軌的極限時，VOUT的信號輸出超出電源軌，跳到正電源軌5V以上，并停留在這里，直到VIN回到可接受范圍內(nèi)(圖6)。當(dāng)輸入跌到接近負(fù)電源軌的極限以下時，VOUT的信號表現(xiàn)出一個相位反轉(zhuǎn)，跳至中軌2.5V，并以一個偏移跟隨VIN，直到VIN增加到VICMR內(nèi)的一個可接受電壓值。
這些例子表明，不同的非線性特性可以源于不同類型超出VICMR的運(yùn)放。雖然第二種情況中產(chǎn)生了相位反轉(zhuǎn)，但注意這個相位反轉(zhuǎn)并不出現(xiàn)在所有違反VICMR的運(yùn)放中，它與運(yùn)放有關(guān)。
這些例子用一個交流信號，評估運(yùn)放電路的VICMR。另一種有用的測試是給圖3中的電路輸入端加一個直流電壓源。當(dāng)改變直流輸入時，輸出電平會以一種類似的方式變化，而不是總在改變。根據(jù)電路的類型，在運(yùn)放的早期評估中，可以采用交流分析或直流分析，也可兩者兼用。
解決VICMR問題
如果在設(shè)計過程的晚期才發(fā)現(xiàn)運(yùn)放無法滿足VICMR要求，該怎么辦?也許該器件的其它參數(shù)非常適合于你的應(yīng)用，難以改換器件。這時可能要考慮下列一個或多個選項(xiàng)。首先，如果輸入波幅過大，則要用一個電阻分壓器，將信號保持在正確的VICMR區(qū)間內(nèi)。其次，如果輸入信號的偏移有問題，則嘗試使用一個輸入偏置或直流偏移電路，使輸入信號置于運(yùn)放VICMR區(qū)間規(guī)格內(nèi)。第三，可以嘗試換用一種能滿足所有其它要求的軌至軌輸入運(yùn)放。
在選擇一款運(yùn)放時，記住輸入共模電壓區(qū)間是最需懂得的重要規(guī)格。如果器件的輸入無法接受輸入信號的電平或范圍，則輸出端就會遇到麻煩。先處理好這個重要細(xì)節(jié)，則以后當(dāng)電路正確工作時，你就會贊賞自己的選擇。
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