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放大電路直流誤差的影響因素

冬至子 ? 來(lái)源:電子電路分析與設(shè)計(jì) ? 作者:Xu.GD ? 2023-11-02 10:04 ? 次閱讀

如下圖所示,

圖片

下面我們一項(xiàng)一項(xiàng)來(lái)分析:

(1)Vos, 輸入失調(diào)電壓,要注意它的值會(huì)隨著溫度變化而產(chǎn)生很大的漂移。

(2)IB+, 同相端輸入偏置電流,它流過(guò)同向端等效阻抗,形成一個(gè)誤差電壓。

(3)IB-, 反相端輸入偏置電流,它流過(guò)反向端等效阻抗,形成一個(gè)誤差電壓。

不過(guò)輸入端阻抗RS+,RS-如何計(jì)算呢?請(qǐng)見下圖,可知輸入端阻抗為信號(hào)源內(nèi)阻+輸入端比例電阻與反饋電阻的并聯(lián)(千萬(wàn)不要忽略信號(hào)源電阻,因?yàn)槲覀儠r(shí)常選用高阻抗的傳感器做信號(hào)源)。

不過(guò)為什么為并聯(lián),可以這樣理解:把信號(hào)源(電壓源)e1,e2等效為阻值為零的電阻,則RS2、RS1左端相當(dāng)于直接接地。對(duì)于同相偏置電流IB+分別通過(guò)R3+RS2、R4流向參考地,因此RS+ = R4 || (R3 + RS2)。

同理,IB– 分別經(jīng)過(guò)R2和R+RS1流向參考地(關(guān)于R2右端為什么可以等效為地,可以通過(guò)運(yùn)放的低輸出阻抗特性來(lái)理解,則R2右端可以近似為接地),因此RS– = R2 || (R1 +RS1)。

圖片

(4)en, 等效輸入噪聲。這個(gè)值是由電壓噪聲,電流噪聲和電阻熱噪聲三者構(gòu)成的,是所有噪聲等效到輸入端的值。具體請(qǐng)參照Art Kay的文章和本系列博文的part4。

(5)eo/A, 這個(gè)表達(dá)式,可能很多人沒有關(guān)注過(guò),有這一項(xiàng)是因?yàn)檫\(yùn)放的開環(huán)增益A不為0。這也就是為什么輸出值不同,從而引起的等效輸入誤差不同的原因。

(6)eicm/CMRR, 這個(gè)不用多說(shuō),輸入端的同模電壓除以共模抑制比。又有一點(diǎn)不好的地方,運(yùn)放的CMRR是隨共模信號(hào)頻率的增加而下降的。好多運(yùn)放的CMRR在共模信號(hào)到10KHz以上時(shí),就比直流下降了幾十個(gè)dB!

(7)ΔVs/PSRR,電源電壓的變化引入的輸入誤差。類似的,PSRR在隨頻率的增高而下降。

看了這些,可能還會(huì)認(rèn)為這些誤差還是很小的,在uV級(jí),至多是mV級(jí),不過(guò)不要忘了它還要乘上一個(gè)增益Gain。假如輸入誤差是100uV,增益為100倍,則輸出的誤差信號(hào)就是10mV。

如果還覺得沒什么,那再講一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值吧,一個(gè)滿量程為5V的16位ADC的一個(gè)LSB約為75uV)。只要75uV的誤差就會(huì)引起ADC的一位的變化,假如放大電路的輸出誤差信號(hào)是1mV的話,這個(gè)信號(hào)給ADC,直接引起的誤差就是13個(gè)LSB以上。

通過(guò)上面的分析可知,我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí),應(yīng)該根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合,選擇合適的運(yùn)放并盡量減小直流誤差。

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