運(yùn)放參數(shù)-軌至軌輸入（rail to rail input）-KIA MOS管

運(yùn)放的軌至軌輸入是指運(yùn)放的輸入端信號(hào)電壓能夠達(dá)到電源的兩個(gè)軌，并保持不失真，如上例輸入信號(hào)電壓可達(dá)到+/-15V。運(yùn)放的輸入電壓范圍可在運(yùn)放的 datasheet 中找到。就是共模電壓范圍 Vcm（Common-Mode Voltage Range）。如下表即為 OPA365 的輸入電壓范圍，可見(jiàn)它是典型的軌至軌輸入運(yùn)放。

一般的 BJT 和 JFET 是非軌至軌輸入的運(yùn)放。如下表所示為 OPA827 共模輸入電壓范圍為(V-)+3V 至(V+)-3V，典型的非軌至軌運(yùn)放。

運(yùn)放軌至軌輸入

圖 OPA827 的輸入電壓范圍

單電源（我們暫且稱之為“單電源”）運(yùn)放的輸入級(jí)通常有三種結(jié)構(gòu)，第一種是采用 PMOS 做差分輸入級(jí)。這樣的運(yùn)放輸入級(jí)電壓可以低于負(fù)電源軌 0.2 甚至 0.3V，但達(dá)不到正電源軌，如 OPA336。下表是 datasheet 中標(biāo)出的 OPA336 輸入電壓范圍。

運(yùn)放軌至軌輸入

圖 OPA336 的輸入電壓范圍

它的輸入級(jí)原理框圖如下圖，典型的 PMOS 差分輸入級(jí)。

運(yùn)放軌至軌輸入

圖 OPA336 的 PMOS 差分輸入級(jí)

既然 PMOS 差分輸入級(jí)輸入電壓不能達(dá)到正電源軌，那 NMOS 呢，對(duì)頭，NMOS 差分輸入級(jí)的輸入電壓可以達(dá)到正電源軌，但是達(dá)不到負(fù)電源軌，一般會(huì)在負(fù)電源軌的 1.2V 之上。

此時(shí)有人想到了，把 PMOS 和 NMOS 差分輸入級(jí)并聯(lián)起來(lái)，在接近電源負(fù)電壓軌時(shí)使 PMOS 差分輸入級(jí)工作，在接近電源正電源軌時(shí)使 NMOS 差分輸入級(jí)工作，這樣就可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)放的軌至軌輸入了！

的確，早先的軌至軌輸入運(yùn)放就是這樣設(shè)計(jì)的，并且現(xiàn)在也在大量使用這種技術(shù)。如下圖是 OPA703 的輸入級(jí)，就是典型的 PMOS 與 NMOS 相并聯(lián)的運(yùn)放輸入級(jí)。

運(yùn)放軌至軌輸入

圖 OPA703 的 datasheet 中給出的共模電壓輸入范圍(V-)-0.3V 至(V+)+0.3V

當(dāng)輸入共模電壓在(V-)-0.3V<Vcm<(V+)-2V 時(shí) PMOS 處于工作狀態(tài)，NMOS 處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)輸入共模電壓在(V-)-2V<Vcm<(V+)+0.3V 時(shí) NMOS 處于工作狀態(tài)，PMOS 處于關(guān)閉狀態(tài)”。

Bipolar 輸入級(jí)運(yùn)入同樣也有這樣的結(jié)構(gòu)，如下圖是典型 PNP 與 NPN 型三級(jí)管并聯(lián)形成的差分輸入級(jí)。

運(yùn)放軌至軌輸入