運算放大器或“運算放大器”是大量模擬設計的基礎。正如我們在上一篇文章中了解到的，所有現(xiàn)實生活中的運算放大器都對輸入信號的允許電壓范圍（輸入信號擺幅）和輸出信號的可用電壓范圍（輸出信號擺幅）進行了限制。之前，我們討論了輸入擺幅規(guī)格 -如何解釋它們以及如果超過它們會發(fā)生什么。在本文中，我們將重點關注輸出電壓范圍。
　　輸出電壓規(guī)格指示輸出信號達到飽和極限的點，這意味著電壓不能更接近電源軌。該信號隨后被稱為“削波”。圖 1 中可以看到信號削波的示例，該圖描繪了采用 2.5V 和 –2.5V 供電時LT1880運算放大器的模擬輸出飽和。

　　運算放大器輸出飽和會產(chǎn)生削波信號。

　　圖 1.運算放大器輸出飽和會產(chǎn)生削波信號。圖片由羅伯特·凱姆提供
　　飽和導致輸入波形和輸出波形之間的對應關系完全喪失。然而，即使在達到飽和點之前，輸出擺幅性能也會下降。當輸出信號接近其數(shù)據(jù)表中指定的限制時，需要極低失真的應用可能會受到細微非線性的負面影響。如果您無法使用模擬或?qū)嶒炇覝y試來驗證失真性能是否可接受，那么假設輸出信號需要與飽和極限保持幾百毫伏的距離。
　　與輸入電壓范圍一樣，輸出電壓范圍取決于運算放大器的電源電壓，并根據(jù)高電壓 ( V + ) 和低電壓 ( V – ) 電源軌來指定。在下一節(jié)中，我們將仔細研究這些規(guī)范。

　　表 1 給出了 Analog Devices 的 LT1880 的輸出擺幅規(guī)格，該運算放大器與我們在上面模擬的性能相同。Analog Devices 將該運算放大器描述為提供軌至軌輸出擺幅。

　　表 1. LT1880 的輸出信號擺幅。使用的數(shù)據(jù)由Analog Devices提供
　　Analog devices 的 LT1880 運算放大器的輸出信號擺幅規(guī)格。
　　閱讀此表時，請記住以下幾點：
　　V OL的值表示相對于V –電源軌 (0 V) 的擺幅。V OH同樣是相對于V +給出的。
　　“典型”和“”列并不描述典型和輸出電壓，而是描述輸出電壓偏差。
　　僅給出偏差量，而不給出方向。
　　下面的兩個方程分別表示指定輸出電壓范圍的上限和下限：
　

V高 = V+ ? VOH(值)V高=V+?VOH(大值)

V低 = V? + VOL()

　　這些方程式提醒我們，制造商使用“軌到軌”一詞有些寬松。即使沒有負載電流，輸出也無法一直擺動到任一電壓軌，并且隨著輸出電流的增加，間隙會大幅擴大。在本文后面，我們將詳細討論輸出電流對可用輸出擺幅的影響?，F(xiàn)在，讓我們看看數(shù)據(jù)表的不同部分。
　　輸出擺幅圖
　　在描述輸出擺幅限制時，數(shù)據(jù)表規(guī)格表僅使用負載電流條件的幾個示例。通過檢查其數(shù)據(jù)表中包含的性??能圖，我們可以更全面地了解運算放大器的輸出擺幅能力。

　　此信息的具體方式因設備而異。例如，圖 2 和圖 3 分別繪制了 Analog Devices 的兩個不同運算放大器（分別為LT1224和LT6023）的輸出擺幅特性。

　　LT1224 的輸出電壓擺幅與負載電阻的關系。
　　圖 2. LT1224 的輸出電壓擺幅與負載電阻的關系。圖片由Analog Devices提供
　　LT6023 的輸出飽和電壓與負載電流。

　　圖 3. LT6023 的輸出飽和電壓與負載電流的關系。圖片由Analog Devices提供
　　LT1224 的數(shù)據(jù)表了相對于負載電阻的峰峰值電壓擺幅。相比之下，LT6023 的數(shù)據(jù)表了“飽和電壓”，它似乎是飽和極限與電源電壓之間的差值，而不是電壓擺幅。它還使用電流而不是電阻作為自變量。

　　圖 4 取自 Texas Instruments OPAx277的數(shù)據(jù)表，使用不同的視覺格式來繪制電壓擺幅與電流的關系。就我個人而言，我覺得它清晰簡潔。

　　OPAx277 的輸出電壓擺幅與輸出電流。
　　圖 4. OPAx277 的輸出電壓擺幅與輸出電流的關系。圖片由德州儀器 (TI)提供
　　輸出擺幅與負載電流
　　正如我們一直在檢查的數(shù)據(jù)表摘錄所表明的那樣，輸出波形可用的電壓范圍并不是在所有工作條件下都有效的單一規(guī)格。相反，它受到運算放大器拉出或吸收的電流量的顯著影響。隨著更多的電流流過輸出端子，連接在運算放大器的電源節(jié)點及其輸出節(jié)點之間的半導體組件上的電壓下降更多。
　　負載阻抗和輸出范圍之間的關系根據(jù)輸出級所使用的半導體技術的不同而不同。例如，圖 5 顯示了 TL08x 集成電路中使用的運算放大器的簡化原理圖。輸入級采用場效應晶體管；輸出級使用互補雙極晶體管。

　　TL08x 集成電路內(nèi)部使用的運算放大器的簡化原理圖。

　　圖 5. TL08x 運算放大器的簡化原理圖。圖片由Tony R. Kuphaldt提供
　　雙極輸出級的輸出電壓和電源軌之間通常需要至少 200 mV（雙極結型晶體管的近似飽和電壓）。CMOS輸出級可以提供低得多的漏源電壓，但其負載電流依賴性更為嚴重。這是因為 NMOS 或 PMOS 晶體管的溝道就像一個電阻器，隨著負載電流的增加，電壓會下降越來越多。雙極晶體管的飽和電壓不是由電阻工作模式產(chǎn)生的，因此它的輸出電流相對穩(wěn)定。