在運放的應用中,不可避免的會碰到運放的輸入失調(diào)電壓Vos問題,,尤其對直流信號進行放大時,,由于輸入失調(diào)電壓Vos的存在,放大電路的輸出端總會疊加我們不期望的誤差,。舉個簡單,,老套,而經(jīng)典的例子,,由于輸入失調(diào)電壓的存在,,會讓我們的電子秤在沒經(jīng)調(diào)校時,還沒放東西,,就會有重量顯示,。我們總不希望,,買到的重量與實際重有差異吧,,買蘋果差點還沒什么,要是買白金戒指時,,差一克可是不少的money哦,。下面介紹一下運放的失調(diào)電壓,以及它的計算,。最后再介紹一些TI的低輸入失調(diào)電壓運放,。不足之處,多多拍磚,。
理想情況下,,當運放兩個輸入端的輸入電壓相同時,運放的輸出電壓應為0V,,但實際情況確是,,即使兩輸入端的電壓相同,放大電路也會有一個小的電壓輸出,。如下圖,,這就是由運放的輸入失調(diào)電壓引起的。
當然嚴格的定義應為,,為了使運放的輸出電壓等于0,,必需在運放兩個輸入端加一個小的電壓。這個需要加的小電壓即為輸入失調(diào)電壓Vos,。注意,,是為了使出電壓為0,而加的輸入電壓,,而不是輸入相同時,,輸出失調(diào)電壓除以增益(微小區(qū)別)。
運放的輸入失調(diào)電壓來源于運放差分輸入級兩個管子的不匹配。如下圖,。受工藝水平的限制,,這個不匹配是不可避免的。差分輸入級的不匹配是個壞孩子,,它還會引起很多其他的問題,,以后介紹。
曾經(jīng)請教過資深的運放設計工程師,,據(jù)他講,,兩個管子的匹配度在一定范圍內(nèi)是與管子的面積的平方根成正比,也就是說匹配度提高為原來的兩倍,。面積要增加四倍,,當?shù)竭_一個水平時,即使再增加面積也不會提高匹配度了,。提高面積是要增加IC的成本的哦,。所在有一個常被使用的辦法,就是在運放生產(chǎn)出來后,,進行測試,,然后再Trim(可以理解為調(diào)校了)。這樣就能使運放的精度大在提高,。當然,,測試和Trim都是需要成本的哦。所以精密運放的價格都比較貴,。這段只當閑聊,,呵呵。
我們關(guān)注輸入失調(diào)電壓,,是因為他會給放大電路帶來誤差,。下面就要分析它帶來的誤差。在計算之前,,我們再認識一個讓我們不太爽的參數(shù),,失調(diào)電壓的溫漂,也就是說,,上面提到的輸入失調(diào)電壓會隨著溫度的變化而變化,。而我們的實際電路的應用環(huán)境溫度總是變化的,這又給我們帶來了棘手的問題,。下表就是在OPA376 datasheet上截取下來的參數(shù),。它溫漂最大值為1uV/℃(-40℃to 85℃)。一大批運放的Vos是符合正態(tài)分布的,,因此datasheet一般還會給出offset分布的直方圖,。
當溫度變化時,,輸入失調(diào)電壓溫漂的定義為:
剛忘記了另一個重要的參數(shù),就是運放輸入失調(diào)電壓的長期漂移,,一般會給出類似uV/1000hours或uV/moth等,。有些datasheet會給出這一參數(shù)。
下面舉例計算一下OPA376,,在85℃時的最大失調(diào)電壓,,主要是兩部分,一部分是25度時的輸入失調(diào)電壓,,另一部分是溫度變化引起的失調(diào)電壓漂移,。
具體步聚如下圖。從結(jié)果來看似1uV/℃溫漂,,在乘上溫度變化時,,就成為了誤差的主導。因此,,如果設計的電路在寬的溫度范圍下應用,,需在特別關(guān)注溫漂。
Vos(85℃)= 25uV+60uV=85uV.
如果放大電路的Gain改為100,則最大輸出失調(diào)電壓就為8.5mV,。這是最差的情況,。
關(guān)于輸入失調(diào)電壓的測試在"運放參數(shù)的詳細解釋和分析-part2,,如何測量輸入偏置電流Ib,,失調(diào)電流Ios"中有介紹,感興趣的話,,可以去看看,。還有簡單的測試方法,如下圖:
Vos = Vout/1001
需要提醒的是,,使用簡易方法測試單電源運放的輸入失調(diào)電壓時,,需要將輸入端短路并提供一個低噪聲的穩(wěn)定電壓偏置。如下圖,。
TI的運放水平在全球一直處于領(lǐng)選地位,,下面列一些TI的低溫漂運放,它們的最大漂移只有0.05uV/℃,。輸入失調(diào)電壓Vio最大值只有5uV,。