轨到轨（轨到轨运算放大器）是什么意思？

轨到轨（轨到轨运算放大器）是什么意思？

轨到轨运算放大器是电子工程中一个重要的概念，它能够实现从电源轨的最小电压到最大电压的完整信号处理。本文将从电源轨的基本概念出发，深入解析轨到轨运算放大器的工作原理及其在现代电子设备中的应用。

PC和其他设备的电源单元包含多个直流电源。由电源单元提供的电源线被称为电源轨。从电源线的最大电压（VCC）到其最小电压（GND 或最小负电压，VEE）的整个范围称为轨到轨。

通常，PC和其它设备的电源单元包含多个直流电源。由电源单元提供的电源线称为电源轨。

从电源线的最大电压（VCC）到其最小电压（GND或最小负电压，VEE）的整个范围称为轨对轨。

具有几乎涵盖GND-VCC或VEE-to-VCC范围的共模输入电压范围的运算放大器称为轨对轨输入运算放大器（或全振幅运算放大器）。

输出级也可为轨对轨。具有轨对轨输入和输出电压范围的运算放大器称为轨对轨输入/输出运算放大器。

大多数常规运算放大器的差分输入级由P沟道MOSFET组成。当输入电压接近VDD时，具有由P沟道MOSFET组成的差分输入对的运算放大器无法提供正常输出，因为电流源进入线性区域，增益衰减。

当输入电压接近GND时，具有由N沟道MOSFET组成的差分输入对的运算放大器不提供正常输出。

相反，具有由P沟道MOSFET组成的差分输入对的运算放大器即使在输入电压接近GND时也能提供正常输出。

轨对轨输入运算放大器的输入级由并联的一个N沟道差分MOSFET对和一个P沟道差分MOSFET对组成，几乎涵盖了从GND到VDD的整个电压范围。

图1：由一对N沟道MOSFET组成的差分输入级

表1：具有由P沟道MOSFET组成的一个差分输入对的运算放大器的共模输入电压范围

图2：不同输入配置运算放大器的共模输入电压范围

图3：轨对轨运算放大器的简化等效输入电路