1.3 Swinging Close to Ground—single supply operation

（原文链接：https://e2e.ti.com/blogs_/archives/b/thesignal/archive/2012/07/10/swinging-close-to-ground-single-supply-operation）

单电源轨至轨输出运放的输出电压可以很接近地，但是有多接近呢？在使用低电压设计要求输出范围尽量大的时候，我们总是想起场效应管（CMOS）运放。我们总是会看到下表中的一些信息：

看起来视乎输出电压范围最低只能到15mV了，而15mV对于以0为基点的精确测量来说是很关键的。不急，你真的需要仔细看看这个表格的条件声明。你总会发现在技术参数表的上面有以及类似于“ RL connected to Vs/2 ”的条件，即负载是连接在供电正电压轨的中间电压上的。

在这个特定的条件下，运放必须从负载吸收电流 ，也就是说运放输出管脚必须接近地电位。这种测试方法确保输出端既可以输出电流(source current)也可以吸收电流(sink current)。这是一个测试并详细描述运放 言简意赅的方法，但其测试条件和你的负载的连接方式可能不一样。假设你的负载和地连在了一起，如图1。这个负载电阻实际上将运放输出端连到了地，所以输出端并不需要吸收电流。

这种条件下，大部分CMOS运放输出电压最低可以到1或2mV以下。运放的手册中或许并没有强调这种能力，但在输出电压范围随输出电流变化的图(the graph showing the output voltage swing as a function of output current)中有暗示，如图2。从图可知输出电压在 ±2.75V之间。对单电源供电时，V-就是0V。

需要强调的是：如图3中的反馈网络和地相连，我们需要考虑运放的所有负载，不仅仅是RL，这种情况下，

(R1+R2)||RL 才是有效的对地负载。如果R1是和正电源相连，要使得运放输出电压接近0V，运放就需要吸收从反馈网络过来的电流，并且输出电压也就不能如此接近GND了。

声明：

1. 图3中，如果有一个更高的增益，输入偏压可能会影响表面上的输出电压范围。比如增益为20时，假设运放的输入偏压(offset voltage) 是+1mV，零输入会导致20mV输出，但这不是因为输出电压的限制造成的。当然一个负偏压可能会使得输出特别接近0，但是电路的应用中可能输入电压永远都不会为负。

2. 交流信号流过点抗性负载(reactive loads )可能是一个例外。负载电流和电压和点抗性负载不同相，所以运放可能需要吸收电流使得输出端电压接近GND。

3. 以上说的都是CMOS运放，BJT运放输出电压不能如此近地。

低电压，电池供电的输出电压范围最大化是一个挑战。熟悉了解运放的能力后也许也只能使设计再更近地一点而已。

（精彩评论：LM7705可以产生大约0.25V的负压给运放的GND管脚供电。）