隨著單電源運放的廣泛的運用，運放的軌至軌輸入（rail to rail input）成為一個時髦的詞。現(xiàn)在大部分低電壓單電源供電的運放都是軌至軌輸入的。TI在軌至軌輸入的運放產(chǎn)品方面具有十分領(lǐng)先的優(yōu)勢。本文介紹運放的rail to rail輸入的實現(xiàn)以及TI在實現(xiàn)運放的rail to rail 輸入方面的領(lǐng)先技術(shù)。

        先說兩句廢話，解釋一下軌至軌，這里的軌指的是電源軌，運放的兩個電源供電電壓如+/-15V。這兩個電源電壓就像兩條平行的距離為30V的“軌道”一樣限制了運放的輸入輸出信號。運放的軌至軌輸入是指運放的輸入端信號電壓能夠達到電源的兩個軌，并保持不失真，如上例輸入信號電壓可達到+/-15V。運放的輸入電壓范圍可在運放的datasheet中找到。就是共模電壓范圍Vcm（Common-Mode Voltage Range）。如下表即為OPA365的輸入電壓范圍，可見它是典型的軌至軌輸入運放。

        一般的BJT和JFET是非軌至軌輸入的運放。如下表所示為OPA827共模輸入電壓范圍為(V-)+3V至(V+)-3V，典型的非軌至軌運放。

        單電源（我們暫且稱之為“單電源”）運放的輸入級通常有三種結(jié)構(gòu)，第一種是采用PMOS做差分輸入級。這樣的運入輸入級電壓可以低于負電源軌0.2甚至0.3V，但達不到正電源軌，如OPA336。下表是datasheet中標出的OPA336輸入電壓范圍。

          它的輸入級原理框圖如下圖，典型的PMOS差分輸入級。

          既然PMOS差分輸入級輸入電壓不能達到正電源軌，那NMOS呢，對頭，NMOS差分輸入級的輸入電壓可以達到正電源軌，但是達不到負電源軌，一般會在負電源軌的1.2V之上。

         此時有人想到了，把PMOS和NMOS差分輸入級并聯(lián)起來。在接近電源負電壓軌時使PMOS差分輸入級工作，在接近電源正電源軌時使NMOS差分輸入級工作。這樣不就可以實現(xiàn)運放的軌至軌輸入了嘛。太巧妙了。的確早先的軌至軌輸入運放就是這樣設(shè)計的。并且現(xiàn)在也在大量使用這種技術(shù)。如下圖是OPA703的輸入級，就是典型的PMOS與NMOS相并聯(lián)的運放輸入級。當輸入共模電壓在(Vss-)-0.3V

         下表是OPA703的datasheet中給出的共模電壓輸入范圍(V-)-0.3V至(V+)+0.3V.

           Bipolar輸入級運入同樣也有這樣的結(jié)構(gòu)，如下圖是典型PNP與NPN型三級管并聯(lián)形成的差分輸入級。