当输入电压超过运算放大器的电源轨时,为什么会出现很大的“形状良好”的失真?

电器工程 运算放大器 饱和
2022-01-31 07:25:21

有问题的具体型号是 LM258 运算放大器。查看其数据表后,我了解为什么输出在正电压和负电压下都摆动,但是我不明白为什么当输入 pk-pk 电压显着增加超出电源轨时波形失真的物理科学原因( +-6V) 。在所示图表中,输入峰峰值电压仅为 14 V,并且有大量的井形成。

在此处输入图像描述

在此处输入图像描述

4个回答

您已超出输入的共模范围。这样做时,输出电压是不确定的。

还有“反转”或“相位反转”,仅看原理图并不能轻易解释。然而,这是一种众所周知的行为——例如,参见文档。

输入共模范围

在整个温度范围内,推荐的共模范围为 0 V(相对于负电源)至 VCC – 2 V。然而,实际的共模范围上限变化约为 4 mV/°C,低温会降低共模电压范围的上限。请注意,当用作比较器时,只有一个输入需要在共模范围内。另一个输入可以高于共模范围或高于 VCC,输出将是预期的 VOH 电平(Vin+ > Vin–)或 VOL 电平(Vin – > Vin+)。如果两个输入都超过上限共模范围,则输出未定义;它可能是 VOL 或 VOH 级别,结果可能因零件、批次、过流程、过温等而异。如果任一输入或两个输入相对于负电源低于 –0.3 V,则可能会流过过大的输入电流,并且输出可能会显示相位反转,也称为反相。 由于输入没有连接到 VCC 的内部二极管,输入电压可能会超过 VCC 电压。如果发生这种情况,由于输入 PNP 晶体管中形成的反向偏置二极管,输入将阻止电流流动。即使 VCC 等于 0 V,电流也会被阻断。如果任一输入或两个输入超过最大 VCC 额定值,可能会发生结击穿。根据相应器件的数据表绝对最大额定值表中的表注释,这可能会导致永久性器件损坏。

并非所有模型都充分复制了这种行为,它们也不一定会在超出输入公共范围的情况下出现问题。在 25°C 时,输入共模范围至少为 4.5V,电源为 6V,您的模型在 4V 时似乎表现不佳。

此外,实际上,将相对于“GND”引脚的负电压直接施加到来自低阻抗源的输入很容易损坏芯片。

还有“反转”或“相位反转”,仅看原理图并不能轻易解释。

是的,它可以。数据表中的 LM358 简化的内部原理图遗漏了很多东西,但它确实显示了主要的信号路径。在输入过驱动条件下:

Q2 和 Q3 反向偏置并关断。现在没有电流通过 Q8 镜像到 Q9,因此它们都停止导通,Q8 和 Q9 关闭。Q10 现在没有基极电流路径,因此它会关闭。4.0 uA 电流源将 Q11 基极拉高,打开 Q12,打开 Q13,将输出拉低。

您不能驱动大于该运算放大器上的 Vdd 的输入,但有些是轨到轨输入和输出。但 LMV321 输入仅对 V- 轨输入,

您的 OA不能在输入或输出上进行轨到轨,尤其是您不能超过 Vcm 输入范围

您违反了 Vin-max 规格和 Vcm 范围规格。注意:绝对最大输入由肖特基二极管电压控制。 在此处输入图像描述

非常接近前端的热损坏。

  • 否则输出级饱和到负最大值,在这种情况下表现为相位反转,但只是前端偏置的关闭。

我在一个版本的 LM358 数据表上找到了这个简化的内部原理图:

LM358

如果您查看输入端差分对的配置,您可能会看到发生了什么,以及为什么失真在周期的负端只是“平坦”而在正端“形状良好”。

当您在 V+ 轨的两个 BE 结压降内将其驱动为正时,晶体管 Q1 - Q4 将关闭。(除此之外还有更多内容,但这是基本思想。)

由于您处于电压跟随器配置中,因此两侧都被驱动。