共模增益和差模增益定義「共模電壓計算」

運放是電工經常用到的元器件，在選擇一個運放的時候，就要關注電壓參數。從運放的datasheet中首先看到的就是輸入電壓範圍，這個很好理解，就是運放電源電壓的使用條件。

但是僅僅理解這個電壓，就能正確使用運放嗎？顯然不是的，還需要關注運放的共模輸入電壓範圍：

最近看到論壇有聊到運放共模輸入電壓，也聊聊我的一些認識。這個共模輸入電壓沒有選擇好，輸出就達不到理想的設計輸出效果。運放輸入共模電壓的限制主要是運放內部第一級的差分輸入級晶體管要工作的飽和區的限制。運放是同相輸入還是反相輸入的接入，都會導致運放的共模電壓的不同。一般對運放共模輸入電壓有如下定義：

下面兩個示意圖反應了共模輸入電壓在不同電路是不同的，對於反相輸入的運放電路，共模輸入電壓是定值，基本就是GND電壓，為0.對於同相輸入運放電路，共模輸入電壓隨輸入電壓變化而變化的。

如果電路的共模電壓超過了datasheet中規定的限值，輸出會是什麼樣子了。下面通過模擬電路來看下，當共模輸入電壓不滿足要求，輸出是什麼樣的。

首先以OPA140為例，當輸入電源電壓是5V的時候，根據datasheet得到其輸入共模電壓範圍在0.2V到4.8V之間，並不是一個軌對軌的運放。

使用OPA140搭建一個跟隨器，雙電源供電。當輸入信號是一個±5V的信號，按照理想運放分析的話。輸出信號應該±5V的信號。但是公國TINA進行模擬分析，發現輸出信號在2.3V被cliping。這是沒有完全跟隨理想運放的特性，就是受到輸入共模電壓的限制。所以在設計運放的時候要重點關注選擇的運放輸入共模電壓是不是合理，由於共模輸入電壓是和電源電壓有關係，所以在選擇了電源電壓的時候，共模輸入電壓的範圍也大致確定了，但是模擬數據是做一個參考，實際輸出電壓範圍還是要以實際電路測試中的結果為準，就是為了避免輸出電壓在閾值範圍附近，模擬模型不能完全反應出實際電路的特性，畢竟實際電路高低溫，高濕環境下造成運放參數偏移，這些通過模擬模型是得不到的。

隨後給一個改變電源電壓的模擬例子，模擬結果顯而易見，電源電壓修改為±10V，共模輸入電壓範圍就是-0.1V到8.5V。所以運放輸入電壓範圍是±5V，輸出就能滿足跟隨器的特性，完全跟隨輸入的信號。

由於輸出特性是和輸入特性強相關，那麼輸入信號滿足輸入共模電壓範圍，那麼是不是輸出信號就能完全符合電路特性呢？顯然這個也是不對的，是因為輸出電壓也是有範圍的，輸出電壓也不是能完全達到電源電壓的範圍。從OPA140得知，輸出電壓也是受電源電壓影響，當輸入電壓是-1.5V＜Vin＜1.5V，電源電壓Vcc=±2.5V，那麼輸入共模電壓範圍就是-2.6V＜Vin＜-1V，輸出電壓範圍-2.7V＜Vout＜2.3V，所以當輸入電壓在-1V＜Vin＜1.5V，輸出是沒有信號的，這個模擬的例子說明運放的輸出是非線性的行為，沒有滿足跟隨器的特性。

儘管此時輸出電壓是0V，但是輸出信號有可能是隨機的，此時運放已經工作不正常，在實際電路中出現什麼情形都是有可能的。所以，此時模擬的數據僅僅做參考。此時要做的工作就是選擇一個滿足要求的運放，或者修改輸入共模電壓的範圍，使電路滿足要求。