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運算放大器的失調(diào)電壓介紹

冬至子 ? 來源:模擬應(yīng)用工程師小明 ? 作者:模擬應(yīng)用工程師 ? 2023-04-26 16:31 ? 次閱讀

運放的失調(diào)電壓是指,在理想條件下運放兩個輸入端的電壓應(yīng)該相等,但實際上會存在一定的差異。這個差異產(chǎn)生的原因是運放內(nèi)部元器件的不對稱性、制造工藝等因素。

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失調(diào)電壓通常用偏置電壓或輸入失調(diào)電壓這兩個參數(shù)來表示。偏置電壓是指運放在兩個輸入端都接地時,輸出端的電壓偏離零電平的電壓值,而輸入失調(diào)電壓是指將同樣的信號分別接到運放的兩個輸入端時,輸出端出現(xiàn)的偏移電壓。

失調(diào)電壓的存在會對運放的增益、帶寬、線性度等性能產(chǎn)生影響,因此在使用運放時需要考慮并減小失調(diào)電壓對電路性能的影響。

如下圖所示,是一個常見的100倍增益放大的同相比例放大電路(non-inverting gain,也稱之為noise gain),這顆器件的Vos=0.1mV,這樣我們實際預(yù)期的輸出電壓是Vin的100倍放大100mV,但因為輸入失調(diào)電壓的存在,實際輸出電壓為110mV,整整帶來了10%的誤差。

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對于實際的工程應(yīng)用,如果被測量信號包含直流量且這個直流量是需要被計算在內(nèi),就需要選擇失調(diào)電壓遠遠小于被測量直流量的器件,或者可以通過調(diào)零的方式來消除該影響。如果對于被測量信號,僅僅關(guān)注交流量,則可以在輸入端增加交流耦合電路來消除直流分量。此外,也可以通過系統(tǒng)調(diào)零的方式去消除失調(diào)電壓帶來的影響。

關(guān)于失調(diào)電壓還有一個非常重要的指標,offset drift(溫漂),如下圖所示,這是一個比較通用的關(guān)于溫漂的定義,以下公式可以看出,是考慮了整個溫度范圍內(nèi),-40℃和85℃對于25℃的offset voltage的漂移,同時注意到該公式都是絕對值計算,所以溫漂都是正數(shù)。

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上面我們提到失調(diào)電壓本身是可以通過直流量消除或者調(diào)零的方式去解決,但對于offset drift,對于實際的工程應(yīng)用需要通過系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)因溫漂帶來的影響。下面是一個對于100倍放大電路的drift帶來的影響的計算。

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可以看到,對于25℃下offset voltage=100uV,對于125℃下offset voltage=250uV,下表給出對于不同溫度下因為溫漂所帶來的不同的offset voltage,請記住對于offset drift本身是可以正也可以負,所以兩種情況都在下表體現(xiàn)。對于校準過的一個系統(tǒng),溫漂是非常重要的,在已校準系統(tǒng),在室溫下的失調(diào)電壓通過軟件的方式去校準,但溫漂則是一個難題,往往這個時候低溫漂的器件會是一個比較好的選擇。

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