Rail-to-Rail-Verstärker
Rail-to-Rail ist eine Eigenschaft des Operationsverstärkers, die meist besagt, dass die Ausgangsspannung bis nahe an die Versorgungsspannungen (Uv+ und Uv-) heranreicht.
Rail-to-Rail kann sich auch auf die Eingangsspannung beziehen, d. h., die Eingangsspannung kann dann bis an die Versorgungsspannungen (Uv+ und Uv-) reichen. Man spricht dann von "Rail-to-Rail in" oder "Rail-to-Rail out".
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 fast die Versorgungsspannungen (Uv+ und Uv-) erreichen. Sie weichen zwischen 1 mV und 200 mV von der Versorgungsspannung ab und hängen natürlich vom Ausgangsstrom ab.
Rail-to-Rail-Eingangsstufen
Für den Betrieb von Operationsverstärkern mit einer Versorgungsspannung wird häufig eine Eingangsstufe mit PNP-Differenzstufe (z. B. LM358) verwendet. Diese ist jedoch nur für Spannungen von 0 V bis Uv+ - 2 V geeignet.
Die Eingangsstufe eines Rail-to-Rail-Verstärkers besteht 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 wie bei CMOS eine komplementäre Ausgangsstufe.
- Es gibt auch Operationsverstärker mit mehr als zwei Eingangsstufen.
- Beim Übergang von einer Eingangsstufe zur anderen können Nichtlinearitäten in der Verstärkung auftreten.