昨天群友在群里問了一個關于運算放大器軌到軌輸出的問題，對此我寫一下我對此的理解，以及結合仿真，梳理給各位同好。

理論

問題的起因是楊建國老師的新概念模擬電路里的一個關于小信號放大的案例，大概就是輸出的電壓和預想偏差了很多，大家可以先看一下下面的節選。

群友的疑問：為什么運放的V-由GND(0V)改為-0.5V就輸出正常了?

回答：這個和運算放大器的軌到軌輸出有關系(比如0 ~ 5V供電，那么輸出幾乎等于0~5V范圍就算是軌到軌)，雖然有的運算放大器說是軌到軌輸出，但是實際上，由于其內部結構原因，并不能完全軌到軌;就像楊老師舉的例子一樣，這個實際上第一級的運放是沒有輸出到0V的(如果暫且不考慮失調電壓電流等參數是要輸出0V)。就如手冊里寫的，

在Rl = 10KΩ to
Vcm的時候，0-5V供電的這個運放的輸出最小電壓為5mV(典型值)。這個不能完全軌到軌輸出也就導致了第二級運算放大器放大了這個最小輸出電壓，從而導致了偏差。

群友問：如果仍然是0V-5V供電，如果在同相輸入端或者反相輸入端疊加一個人為的偏置，能否抵消掉這個?能不能輸出到0V?

回答：不能，因為這個軌到軌輸出的最小或最大電壓是由運算放大器內部的結構，以及運算放大器的負載電流，并且和供電電壓直接相關的。無論在同相輸入端或者反相輸入端增加人為的偏置補償均不能抵消掉。就像楊老師書里寫的例子一樣，如果想要讓他輸出0V(不考慮失調電壓等參數)，那么只能加負壓才能讓他輸出0V。

這一點可以理解為類似PMOS和NMOS的DS之間總會因為Rdson的存在而有一些壓降一樣，而且這個壓降會隨著流過DS的電流的增加而增加(I*Rdson)。

對此在ADI的設計文檔里也找到了對軌到軌輸出的相關描述，大家可以參照閱讀一下：

仿真驗證

那么我們就也仿真一下，去深入理解一下這個楊老師書里的問題吧。

首先，我們在仿真里測試一下ADA4528的輸入失調電壓Vos，就按照上圖文檔，我們使用雙電源供電。測試出來的Vos大致為465nV，在手冊寫的0.3~2.5uV范圍內。

然后我們搭出來楊老師的書里的電路，首先用0V-5V供電，第一級輸出電壓為532uV(與200Vos偏差很遠)，第二級再放大后(放大倍數約為200)的電壓為107mV左右(200532uV)

然后我們把0V改為-0.5V，神奇的事情發生了，真如書里所說一樣，發生了變化。第一級輸出電壓變為了93uV左右，第二級輸出電壓為19mV左右。這第一級的輸出基本就符合200*Vos了：

200*0.465(Vos)=93uV

最后說兩句

在工程應用的時候，一定要注意這個軌到軌輸出的問題，尤其是小信號放大，必要時加負壓，仔細看規格書，特別是應用一些非軌到軌的運放(例如LM358之類的)，更要小心小心再小心。