运算放大器或“运算放大器”是大量模拟设计的基础。正如我们在上一篇文章中了解到的，所有现实生活中的运算放大器都对输入信号的允许电压范围（输入信号摆幅）和输出信号的可用电压范围（输出信号摆幅）进行了限制。之前，我们讨论了输入摆幅规格 -如何解释它们以及如果超过它们会发生什么。在本文中，我们将重点关注输出电压范围。
　　输出电压规格指示输出信号达到饱和极限的点，这意味着电压不能更接近电源轨。该信号随后被称为“削波”。图 1 中可以看到信号削波的示例，该图描绘了采用 2.5V 和 –2.5V 供电时LT1880运算放大器的模拟输出饱和。

　　运算放大器输出饱和会产生削波信号。

　　图 1.运算放大器输出饱和会产生削波信号。图片由罗伯特·凯姆提供
　　饱和导致输入波形和输出波形之间的对应关系完全丧失。然而，即使在达到饱和点之前，输出摆幅性能也会下降。当输出信号接近其数据表中指定的限制时，需要极低失真的应用可能会受到细微非线性的负面影响。如果您无法使用模拟或实验室测试来验证失真性能是否可接受，那么假设输出信号需要与饱和极限保持几百毫伏的距离。
　　与输入电压范围一样，输出电压范围取决于运算放大器的电源电压，并根据高电压 ( V + ) 和低电压 ( V – ) 电源轨来指定。在下一节中，我们将仔细研究这些规范。

　　表 1 给出了 Analog Devices 的 LT1880 的输出摆幅规格，该运算放大器与我们在上面模拟的性能相同。Analog Devices 将该运算放大器描述为提供轨至轨输出摆幅。

　　表 1. LT1880 的输出信号摆幅。使用的数据由Analog Devices提供
　　Analog devices 的 LT1880 运算放大器的输出信号摆幅规格。
　　阅读此表时，请记住以下几点：
　　V OL的值表示相对于V –电源轨 (0 V) 的摆幅。V OH同样是相对于V +给出的。
　　“典型”和“”列并不描述典型和输出电压，而是描述输出电压偏差。
　　仅给出偏差量，而不给出方向。
　　下面的两个方程分别表示指定输出电压范围的上限和下限：
　

V高 = V+ ? VOH(值)V高=V+?VOH(大值)

V低 = V? + VOL()

　　这些方程式提醒我们，制造商使用“轨到轨”一词有些宽松。即使没有负载电流，输出也无法一直摆动到任一电压轨，并且随着输出电流的增加，间隙会大幅扩大。在本文后面，我们将详细讨论输出电流对可用输出摆幅的影响。现在，让我们看看数据表的不同部分。
　　输出摆幅图
　　在描述输出摆幅限制时，数据表规格表仅使用负载电流条件的几个示例。通过检查其数据表中包含的性??能图，我们可以更全面地了解运算放大器的输出摆幅能力。

　　此信息的具体方式因设备而异。例如，图 2 和图 3 分别绘制了 Analog Devices 的两个不同运算放大器（分别为LT1224和LT6023）的输出摆幅特性。

　　LT1224 的输出电压摆幅与负载电阻的关系。
　　图 2. LT1224 的输出电压摆幅与负载电阻的关系。图片由Analog Devices提供
　　LT6023 的输出饱和电压与负载电流。

　　图 3. LT6023 的输出饱和电压与负载电流的关系。图片由Analog Devices提供
　　LT1224 的数据表了相对于负载电阻的峰峰值电压摆幅。相比之下，LT6023 的数据表了“饱和电压”，它似乎是饱和极限与电源电压之间的差值，而不是电压摆幅。它还使用电流而不是电阻作为自变量。

　　图 4 取自 Texas Instruments OPAx277的数据表，使用不同的视觉格式来绘制电压摆幅与电流的关系。就我个人而言，我觉得它清晰简洁。

　　OPAx277 的输出电压摆幅与输出电流。
　　图 4. OPAx277 的输出电压摆幅与输出电流的关系。图片由德州仪器 (TI)提供
　　输出摆幅与负载电流
　　正如我们一直在检查的数据表摘录所表明的那样，输出波形可用的电压范围并不是在所有工作条件下都有效的单一规格。相反，它受到运算放大器拉出或吸收的电流量的显着影响。随着更多的电流流过输出端子，连接在运算放大器的电源节点及其输出节点之间的半导体组件上的电压下降更多。
　　负载阻抗和输出范围之间的关系根据输出级所使用的半导体技术的不同而不同。例如，图 5 显示了 TL08x 集成电路中使用的运算放大器的简化原理图。输入级采用场效应晶体管；输出级使用互补双极晶体管。

　　TL08x 集成电路内部使用的运算放大器的简化原理图。

　　图 5. TL08x 运算放大器的简化原理图。图片由Tony R. Kuphaldt提供
　　双极输出级的输出电压和电源轨之间通常需要至少 200 mV（双极结型晶体管的近似饱和电压）。CMOS输出级可以提供低得多的漏源电压，但其负载电流依赖性更为严重。这是因为 NMOS 或 PMOS 晶体管的沟道就像一个电阻器，随着负载电流的增加，电压会下降越来越多。双极晶体管的饱和电压不是由电阻工作模式产生的，因此它的输出电流相对稳定。