Eingangsspannungsbereich von Operationsverstärkern

Ich verstehe, dass Vo für einen idealen Opamp durch Vee und Vcc begrenzt ist (dh Vee <Vo <Vcc).

Aber was ist mit dem Eingangsspannungsbereich? Was ist der zulässige Eingangsspannungsbereich, in dem der Operationsverstärker normal arbeitet? Können wir Vn- und Vi-Spannungen anlegen, die unter Vee oder über Vcc liegen? Können wir für Operationsverstärker mit einfacher Versorgung negative Eingangsspannungen anlegen?

Ändert opamp als ideales, praktisches Rail-to-Rail die Antwort auf diese Frage?

• Im Normalbetrieb sind V + und V- gleich. Wenn sie unterschiedlich sind, wird der Operationsverstärker als Komparator verwendet.

• Eine wichtige Spezifikation bei der Auswahl eines Operationsverstärkers ist der Bereich "Gleichtakt-Eingangsspannung". Die Spannungen an den Eingängen müssen für einen ordnungsgemäßen Betrieb in diesem Bereich liegen.

• Einige Operationsverstärker sind "RRIO" oder Rail-to-Rail-Ein- / Ausgang. Wie Sie vielleicht erraten haben, bedeutet dies, dass der Gleichtakt-Eingangsbereich von der V-Schiene zur Vcc-Schiene reicht.

• Einige Operationsverstärker, die nur die V-Schiene im Gleichtaktbereich enthalten, werden als "Single-Supply" -Operverstärker bezeichnet.

Hier ist die Spezifikation im LM324-Datenblatt:

Es ist wichtig zu beachten, dass sich einige Operationsverstärker sehr seltsam verhalten können, wenn eine der Eingangsspannungen zu nahe an die Versorgungsschienen kommt. Wenn ein Operationsverstärker einen Gleichtaktspannungsbereich hat, der sich beispielsweise bis zu 0,5 Volt erstreckt, würde dies eindeutig bedeuten, dass der Operationsverstärker möglicherweise nicht unterscheiden kann, wenn beide Eingänge unter 0,5 Volt liegen. Bei einigen solchen Operationsverstärkern kann jedoch ein Eingang, der unter 0,5 Volt fällt, als höher als der andere Eingang angesehen werden - selbst wenn der andere Eingang deutlich über 0,5 Volt liegt.

(1) Was sie alle gesagt haben.

(2) Beachten Sie, dass einige Operationsverstärker leicht über die Versorgungsschienen hinaus schwingen können. Dies wird erreicht, indem innerhalb des Operationsverstärkers Spannungen erzeugt werden, die eine echte Betriebsspannung ergeben, die breiter als die gelieferte ist.

(3) Beachten Sie, dass der Gleichtaktbereich eine zulässige Spannung ist, innerhalb derer jeder Eingang liegen muss. Es ist nicht der Unterschied zwischen ihnen. Wenn einer der beiden Werte außerhalb des Bereichs liegt, kann nicht garantiert werden, dass er funktioniert.

Der Eingangsspannungsbereich kann variieren, muss jedoch innerhalb der Versorgungsspannungen liegen (möglicherweise sehen Sie einige, die z. B. 0,3 V über / unter liegen können). Wenn also eine Einzelversorgung vorhanden ist, sind keine negativen Spannungen zulässig.
Es hängt davon ab, wie die Differenzeingangsstufe eingerichtet ist. Einige Operationsverstärker verwenden ein komplementäres Eingangspaar (P-Kanal und N-Kanal parallel), um einen Rail-to-Rail-Eingang zu erzielen, wobei jedes Paar einen Teil des Bereichs abdeckt.
Im Allgemeinen finden Sie in den Datenblättern Informationen zum Gleichtakt-Eingangsbereich. Hier ein Beispiel für einen Operationsverstärker ohne Rail-to-Rail-Eingangsbereich (Spezifikationen gelten für +/- 5 V):

Die gesuchte Spezifikation wird als "Eingangsgleichtaktbereich" bezeichnet und ist fast immer auf die Versorgungsschienen beschränkt. Bei vielen Opamps ist es in einer oder beiden Richtungen auf etwas weniger beschränkt.

Sie können einen normalen Operationsverstärker nehmen und einen mit einem großen Eingangsspannungsbereich herstellen, der die Versorgungsgrenzen überschreitet, indem Sie vor jedem Eingang einen Widerstandsteiler platzieren. Die Eingangsoffsetspannung wird jedoch ebenfalls mit dem gleichen Wert multipliziert, und die Gleichtaktunterdrückung wird in dem Maße verringert, in dem die Teiler nicht genau übereinstimmen.

Wenn Ihr Eingangssignal Wechselstrom ist, können Sie durch Transformatorkopplung einen sehr großen Eingangsgleichtaktbereich erhalten.

Beachten Sie jedoch, dass bei einem Wechselrichter der Eingang zum Widerstand, der mit dem invertierenden Eingang verbunden ist, leicht viel größer sein kann als die Operationsverstärkergrenze. Die Gesamtschaltungsfunktion kann den invertierenden Eingang häufig in Reichweite halten.