作者：Ron Michallick 德州儀器

您不僅需要設計一款低電源電壓的基本運算放大器電路，而且還需要使用高電壓、低成本運算放大器來節省成本。這行嗎？我會教您如何辨別。

我首先以 LM324 器件為實例，因為該器件價格不貴（很普遍），而且工作電壓低至 3V。LM2902 支持 -40C 的工作溫度，我將使用該器件作為一種個人設計挑戰，因為低溫下的二極管壓降最大。因此，溫度是為輸入輸出電壓范圍引起最多問題的因素。

第1 步：針對 VCC 檢查有效輸入輸出電壓范圍。

LM2902 沒有 3V 參數，因此我使用圖 1 中的 5V 參數。

圖1：TILM2902的5V 參數

輸入共模覆蓋 5V 及更高電壓，但對于 3V 而言，我只能靠自己了。電子技術規則在 3V 下仍然適用，因此我可使用“滿量程”VICR 公式 0 至 Vcc-2V 得到 0V 至 1V 的輸入范圍。

25C 下的 VOH 相當簡單，VCC-1.5V 為 1.5V，但整個溫度范圍規范是 23V，這對于 LM2902 來說是 VCC-3V。在 VCC=3V 時其可降低至 0V……，顯然無法使用！我通過查看產品說明書原理圖，看到了兩個 VBE 壓降。假設溫度系數為 -2mV/C，-40C VOH 則降低 260mV (2*(-40C-25C)*-2mV/C)。為獲得少量設計裕度，我將其定為 300mV。我的最新 VOH 現在是 1.2V (VCC-1.5V-0.3V)。

VOL 對于所有溫度而言一般是 0V，但有個問題，這只適合端接至接地的負載。對于需要輸出吸收電流的負載而言，那就不同了。為此，我將參考 LM2904-N 產品說明書中的吸收電流圖（圖 2）。它同樣適用于 LM2904。

圖2：LM2904的電流吸收

適中電流的 VOL 低于 0.8V，但這依然是 25C 的數據及典型圖表。回顧一下產品說明書原理圖，該性能說得通。這次對于更高電流驅動器而言，我只看到了 1VBE。假設溫度系數是 -2mV/C，-40C VOL 增加 130mV ((-40C-25C)*-2mV/C)。為得到一定設計裕度，我將其定為 200mV。我的最新 VOL 是 1.0V (0.8V+0.2V)。

第2 步：查看電壓范圍結果，看能否通過它們實現任意設計

輸入范圍是 0V 至 1V — 這很有難度，但我能做到。
輸出范圍是 1.0V 至 1.2V — 這非常難，我做不到。

第3 步：要有創造性。

好消息是，如果輸出吸收的電流沒必要大于幾微安，那么輸出范圍就可以是 0V 至 1.2V。此外，輸出電壓范圍還可通過在輸出引腳上使用上拉或下拉電阻器增加。

下拉電阻器對 VOL 的實效只需通過計算所驅動的負載便可確定，但一定要將反饋網絡作為負載包含在內。LM2904 不會對 VOL 的電阻器產生反作用。

上拉電阻器對 VOH 的實效可通過計算所驅動的負載確定。但是，LM2904 中的低電流吸收（一般是 30uA) 要計入上拉電阻器所應提供的電流中。

因此，LM2902 和其它高電壓低成本運算放大器可在指定最小電源電壓下使用。但負載電流、負載電流極性、輸入電壓和輸出電壓都必須經過精心計算，才能避免設計誤差。

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原文請參見: http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2014/03/21/what-you-need-to-know-about-using-general-purpose-op-amps-at-low-voltage.aspx

編輯：jq