運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓介紹

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

失調(diào)電壓通常用偏置電壓或輸入失調(diào)電壓這兩個(gè)參數(shù)來表示。偏置電壓是指運(yùn)放在兩個(gè)輸入端都接地時(shí)，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(hào)分別接到運(yùn)放的兩個(gè)輸入端時(shí)，輸出端出現(xiàn)的偏移電壓。

失調(diào)電壓的存在會(huì)對(duì)運(yùn)放的增益、帶寬、線性度等性能產(chǎn)生影響，因此在使用運(yùn)放時(shí)需要考慮并減小失調(diào)電壓對(duì)電路性能的影響。

如下圖所示，是一個(gè)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(shí)際預(yù)期的輸出電壓是Vin的100倍放大100mV，但因?yàn)檩斎胧д{(diào)電壓的存在，實(shí)際輸出電壓為110mV，整整帶來了10%的誤差。

對(duì)于實(shí)際的工程應(yīng)用，如果被測(cè)量信號(hào)包含直流量且這個(gè)直流量是需要被計(jì)算在內(nèi)，就需要選擇失調(diào)電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被測(cè)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(duì)于被測(cè)量信號(hào)，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(gè)非常重要的指標(biāo)，offset drift（溫漂），如下圖所示，這是一個(gè)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(gè)溫度范圍內(nèi)，-40℃和85℃對(duì)于25℃的offset voltage的漂移，同時(shí)注意到該公式都是絕對(duì)值計(jì)算，所以溫漂都是正數(shù)。

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(duì)于offset drift，對(duì)于實(shí)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(gè)對(duì)于100倍放大電路的drift帶來的影響的計(jì)算。

可以看到，對(duì)于25℃下offset voltage=100uV，對(duì)于125℃下offset voltage=250uV，下表給出對(duì)于不同溫度下因?yàn)闇仄鶐淼牟煌膐ffset voltage，請(qǐng)記住對(duì)于offset drift本身是可以正也可以負(fù)，所以兩種情況都在下表體現(xiàn)。對(duì)于校準(zhǔn)過的一個(gè)系統(tǒng)，溫漂是非常重要的，在已校準(zhǔn)系統(tǒng)，在室溫下的失調(diào)電壓通過軟件的方式去校準(zhǔn)，但溫漂則是一個(gè)難題，往往這個(gè)時(shí)候低溫漂的器件會(huì)是一個(gè)比較好的選擇。

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