Rail-to-Rail-Verstärker
Rail-to-Rail ist eine Eigenschaft des Operationsverstärkers, die besagt, dass seine Ausgangsspannung bis nahe an die Versorgungsspannung heranreicht.
Rail-to-Rail kann sich auch auf die Eingangsspannung beziehen, d.h. die Eingangsspannung kann dann bis an die Versorgungsspannung reichen. Es wird dann von "Rail-to-Rail in" oder "Rail-to-Rail out" gesprochen.
Die meisten Rail-to-Rail-Operationsverstärker beherrschen beides.
Rail-to-Rail-Ausgangsstufen
Die Ausgangsstufen von Rail-to-Rail-Verstärkern sind meist CMOS-Stufen.
Die Ausgangsspannungen können zwischen 1mV und 200mV liegen. Sie hängen natürlich vom Ausgangsstrom ab.
Rail-to-Rail-Eingangsstufen
Für den Betrieb von Operationsverstärkern mit einer Versorgungsspannung wird häufig eine Eingangsstufe mit PNP-Differenzstufe verwendet (z.B. LM358). Diese ist jedoch nur für Spannungen von 0V bis Uv - 2V geeignet.
Die Eingangsstufe eines Rail-to-Rail-Verstärkers bestehen in der Regel aus zwei parallelen MOS-Eingangsstufen, die komplementär sind.
In Bild 1 bilden Q1 und Q2 die NMOS-Eingangsstufe und Q3 und Q4 die PMOS-Eingangsstufe. Die MOSFET Q5 bis Q8 fassen die beiden komplementären Eingangsstufen zusammen.
Die MOSFET Q8 und Q9 bilden eine komplementäre Ausgangsstufe wie bei CMOS.
- Es gibt auch Operationsverstärker mit mehr als zwei Eingangsstufen.
- Beim Übergang von einer Eingangsstufe zu einer anderen können Nichtlinearitäten in der Verstärkung auftreten.