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(lái)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(jiàn)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(lái)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(guò)調(diào)零的方式來(lái)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(lái)消除直流分量。此外,也可以通過(guò)系統(tǒng)調(diào)零的方式去消除失調(diào)電壓帶來(lái)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(guò)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(guò)系統(tǒng)在寬溫度范圍內(nèi)因溫漂帶來(lái)的影響。下面是一個(gè)對(duì)于100倍放大電路的drift帶來(lái)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?lái)的不同的offset 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(guò)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(guò)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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