运算放大器的输出限制

前面的文章探讨了运算放大器输入共模电压的限制，运算放大器的输出也有限制，我们看一个简单的设计。使用运算放大器OPA141设计跟随电路，+5V供电，10K电阻R1为负载，同向输入端接地，如下图所示：

同相输入端接地，我们当然认为，输出值是运放的失调电压，我们先看看OPA141的失调电压是多少，如下图所示,最大失调电压为4.3mV。

于是我们可以大胆的预测上面的OPA141跟随电路的输出电压应该是0-4.3mV之间（单电压供电，输出不可能为负数），但是实际情况是怎样的呢？如下图所示：
 

输出是141.57mV,为什么差距这么大呢？这是由运放的输出限制引起的，OPA141的输出限制如图所示：

根据这一参数，单电源+5V供电时，输出Vout：0V+0.2Vto 5V-0.2V即0.2V to 4.8V,也就是说+5V供电时，输出在0.2V至4.8V之间才是线性的，如果输出不在这个范围内，输出信号将会失真或者出现非线性。OPA141跟随电路的输入是0V，理论上运放的输出也将跟随到0V，但是这已经低于了输出电压范围的最小值了，输出不再线性，即这里的141.57mV。

有人可能认为rail-to-rail的运放就可以满足了吧，其实不然，rail-to-rail运放它的共模输入电压范围可以超过电压轨，但是输出仅仅是接近电压轨，无法超过电源轨。读者可以查查相关datasheet，以做验证。

为什么输出会有限制呢，这涉及到运放内部结构的相关知识，有兴趣的读者可以进一步深究，这里就不在探讨了。