運(yùn)放數(shù)據(jù)手冊(cè)中的輸出參數(shù)通常用一些根據(jù)合理數(shù)量的單位計(jì)算出的圖來(lái)表示。數(shù)據(jù)手冊(cè)中的圖可以說(shuō)是屬于"線(xiàn)性"工作區(qū)，因?yàn)樗鼈冿@示的是閉環(huán)工作條件下的典型特征。當(dāng)然，大多數(shù)運(yùn)放是在閉環(huán)條件下工作的，但是在某些特定的應(yīng)用中，也需要在開(kāi)環(huán)條件下工作。這意味著運(yùn)放不能像通常那樣，保持輸入端之間的電壓差為0。這是由于快速的輸入變化要求運(yùn)放的輸出在很短的時(shí)間內(nèi)改變。這就是說(shuō)，環(huán)路是開(kāi)放的，同時(shí)輸出向最終值變化，在這段時(shí)間內(nèi)，輸入端之間會(huì)有一個(gè)很大的電壓差。一旦達(dá)到最終的輸出值，輸入電壓差又會(huì)再次減小到非常接近于0V(即輸出電壓除以運(yùn)放很大的開(kāi)環(huán)增益)。

　　像前面所解釋的那樣，一些運(yùn)放由于架構(gòu)的原因，在"開(kāi)環(huán)"條件下能明顯地提供更高的電流。但是在被用來(lái)在一個(gè)負(fù)載上維持一定量的電壓擺幅這樣的穩(wěn)定正常的閉環(huán)條件下，輸出電流能力必須在很小的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓條件下被確定。輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓要大于運(yùn)放輸入級(jí)的輸入失調(diào)電壓，但不能太大，否則會(huì)影響電流能力。

　　為了得到輸出特征圖，制造商會(huì)使用開(kāi)環(huán)或閉環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量。只要遵循輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓的要求，得到的結(jié)果是相同的。如圖3a所示，在測(cè)量開(kāi)環(huán)輸出電流時(shí)，待測(cè)器件(DUT)的輸出連接一個(gè)可變的電流源(或電流沉)發(fā)生器(Go)，并由雙電源供電。

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　　圖3：測(cè)量輸出特征。

　　只需在輸入端施加足夠的差分電壓，來(lái)克服輸入失調(diào)電壓并"產(chǎn)生"輸出(對(duì)于源電流能力的測(cè)試，朝向正電源;對(duì)于輸出阱電流的測(cè)試，朝向負(fù)電源)。此電壓被稱(chēng)作"輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓"(VID)。大多數(shù)運(yùn)放需要大約20mV左右的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)達(dá)到完全電流輸出能力。為了支持較小的輸出失真，在指定輸出電流時(shí)，輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓應(yīng)小于+/-20mV。在這些條件下，輸出電流源(電流阱)發(fā)生器可以在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)進(jìn)行掃描，并且記錄每個(gè)掃描點(diǎn)的輸出電壓。將輸出電壓(直接給出或是與之對(duì)應(yīng)的電源電壓之間的關(guān)系)與對(duì)應(yīng)的發(fā)生器的輸出電流畫(huà)在圖上，就得到了輸出特征圖。如果允許電流源(電流阱)發(fā)生器提供一個(gè)足夠大的電流，最終得到的點(diǎn)的輸出電壓會(huì)精確地等于V+和V-之和的1/2(在電源對(duì)稱(chēng)的系統(tǒng)中就是地)。這一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電流值就是數(shù)據(jù)手冊(cè)上的"輸出短路電流"，大多數(shù)運(yùn)放的數(shù)據(jù)手冊(cè)中通常會(huì)提供這個(gè)數(shù)值。如圖1所示，輸出短路電流大約為100mA，與之相對(duì)應(yīng)的縱軸坐標(biāo)為5V(對(duì)于+/-5V的電源)。

　　圖3b中的設(shè)置與圖3a中的相似，也能被用來(lái)測(cè)量輸出特征。兩種設(shè)置的差別在于，在圖3b的電路中，DUT的環(huán)路通過(guò)RF和RG閉合。為了測(cè)量一個(gè)給定VOUT下的輸出電流能力，需要設(shè)置適當(dāng)?shù)腣IN來(lái)得到所需的VOUT。Go會(huì)一直增大直到達(dá)到所需的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓(VID)(通常小于+/-20mV，并大于輸入失調(diào)電壓，其值可以通過(guò)VOUT的下降(ΔVOUT)測(cè)得)。RF和RG的數(shù)值已知情況下，輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓(VID)與VOUT下降之間的關(guān)系為：

　　VID= ( VOUT/(1+RF/RG)，其中( VOUT是由于Go增大所引起的VOUT的變化

　　例如，當(dāng)RF=10K、RG=1K時(shí)，如果Vin =-0.3V，則輸出將為3V。所需的20mV的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)應(yīng)于由Go的電流變化所引起的輸出電壓220mV{=20mV * (1+10)= 220mV}的改變，或VOUT= 2.78V。

　　值得注意的是，一些專(zhuān)門(mén)為低功耗應(yīng)用所設(shè)計(jì)的高壓擺率的電壓反饋運(yùn)放，在前端使用了"壓擺率增強(qiáng)"電路。這樣能使運(yùn)放節(jié)省功耗，并產(chǎn)生高速的大信號(hào)輸出擺幅(換句話(huà)說(shuō)就是高壓擺率)。例如美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的兩款高速運(yùn)放LM7171和LMH6657。為了達(dá)到上述目的，大輸入擺幅增加了向內(nèi)部補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)的電容所提供的電流，這一電容通常是用來(lái)限制運(yùn)放壓擺率的。因此，這一類(lèi)器件的壓擺率與輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓相關(guān)。

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　　圖4：LMH6657的壓擺率與輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)系反映出壓擺率的增強(qiáng)。

　　圖4是LMH6657數(shù)據(jù)手冊(cè)中所給出的壓擺率與輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓的函數(shù)關(guān)系。

　　因此，在輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓和輸出壓擺率較大的情況下，這類(lèi)器件的輸出電流能力也得到了提高。

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　　圖5：兩個(gè)不同的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓下，LMH6657的輸出提供電流特征。

　　圖5顯示了在兩個(gè)不同的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓下，LMH6657的輸出提供電流能力(IOUT)與輸出電壓之間的關(guān)系，從中可以看出，較大的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓增大了輸出電流(圖中表現(xiàn)為對(duì)于相同的IOUT，輸出電壓到電源電壓的余量要小)。這里沒(méi)有給出接受電流特征，但結(jié)果是相似的。

　　與常規(guī)的電壓反饋運(yùn)放相比，更需要確保這類(lèi)器件的輸出特征被正確地理解。通過(guò)增大輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓能夠得到額外的輸出驅(qū)動(dòng)能力。但是，當(dāng)進(jìn)行像在負(fù)載上維持一個(gè)穩(wěn)態(tài)擺幅這樣的失真很小的閉環(huán)工作時(shí)，卻需要很小的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓(前面已經(jīng)提到過(guò)<+/-20mV)。在輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓很大的條件下指定的輸出能力只能用于瞬態(tài)行為，此時(shí)輸出尚未達(dá)到最終值，一旦輸出達(dá)到最終值，輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓就會(huì)下降到20mV以下。因此，當(dāng)在穩(wěn)態(tài)輸出電流而不是瞬態(tài)行為十分重要的應(yīng)用中，評(píng)估這類(lèi)器件的性能時(shí)，需要注意輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)條件。

　　電流反饋(CFB)運(yùn)放的輸出特征的測(cè)量方法與上面所給出的方法十分相似。圖6顯示了進(jìn)行這一測(cè)量時(shí)所使用的設(shè)置。

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　　圖6：測(cè)量CFB運(yùn)放的輸出特征。

　　CFB的結(jié)構(gòu)是由一個(gè)位于正向和反向輸入端之間增益為1的緩存器構(gòu)成的，電阻RG使得電流能夠流過(guò)反向端口。設(shè)置VIN的值大于輸入失調(diào)電壓，電流就會(huì)從反向輸入端口流出，并且輸出會(huì)向正電源電壓V+增長(zhǎng)(即會(huì)盡可能地靠近V+)。像前面所解釋的電壓反饋(VFB)運(yùn)放的情況一樣，電流發(fā)生器Go會(huì)對(duì)一系列適合DUT的電流值進(jìn)行掃描，得到輸出提供電流能力與輸出電壓之間的關(guān)系。通過(guò)顛倒VIN的極性并將Go設(shè)置成向DUT的輸出管腳提供電流，就能夠確定接受電流能力。注意，對(duì)于CFB結(jié)構(gòu)，輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)于輸出特征的影響比VFB結(jié)構(gòu)要小。

　　輸出能力和運(yùn)放的宏模型：

　　美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司向用戶(hù)提供的Pspice宏模型，能夠很好地預(yù)測(cè)運(yùn)放的許多參數(shù)，輸出特征是其中之一。對(duì)于我們一直在討論的LMH6642，圖7給出了由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的Pspice模型所預(yù)測(cè)的輸出特征。

　　在建立Pspice宏模型時(shí)，我們力圖使圖7中所示的模型曲線(xiàn)與圖1中所示的典型的器件特性相符合。但是，仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)，圖7中的曲線(xiàn)與圖1中的典型特征曲線(xiàn)相比還是過(guò)于理想化。對(duì)于我們努力想要建模的參數(shù)來(lái)說(shuō)，Pspice宏模型只能提供"有限的"精度。此外，通常而言，Pspice的輸出電流模型，沒(méi)有包括內(nèi)置壓擺率增強(qiáng)特性的器件中過(guò)度的輸入過(guò)驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)增強(qiáng)輸出驅(qū)動(dòng)能力的效應(yīng)。

　　只要運(yùn)放的宏模型中包括了這一行為，使用Pspice模擬能夠直接快速地估計(jì)出一系列電阻負(fù)載上的輸出電壓擺幅(而不是像圖7中顯示的輸出能力)。當(dāng)LMH6642工作于圖1A所示的電路條件下，附錄B中所示的Pspice仿真文件是一種得到一系列電阻負(fù)載上的最大輸出擺幅的可行方法(電阻范圍為60~100歐姆，步長(zhǎng)為10歐姆)。圖8顯示了Pspice所產(chǎn)生的結(jié)果圖。

　　從這幅圖中，設(shè)計(jì)者能夠直接讀取所指定的不同負(fù)載的輸出電壓擺幅，并畫(huà)出如圖9所示的擺幅與負(fù)載的關(guān)系圖。對(duì)于一個(gè)100歐姆的負(fù)載，將Pspice所預(yù)測(cè)的9.48V的擺幅(如圖9所示)與前面的迭代分析所預(yù)測(cè)的8.75V(如表1所示)的擺幅進(jìn)行比較。當(dāng)將Pspice的結(jié)果與數(shù)據(jù)表上的典型規(guī)格進(jìn)行比較時(shí)，出現(xiàn)大約8%的差距是很普遍的情況。