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?
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,参见本文档。
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。