當運放兩輸入為零時,輸出都有一定數(shù)值,即失調電壓Vos。將失調電壓除以噪聲增益得到輸入失調電壓,它被等效為一個與運放反向輸入端串聯(lián)的電壓源,要對放大器兩輸入端施加差分電壓以產(chǎn)生零輸出,并且失調電壓會隨溫度變化而改變,即所說的漂移。注意失調電壓與基線漂移的區(qū)別
運放的輸入失調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。
我們關注輸入失調電壓,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),失調電壓的溫漂,也就是說,上面提到的輸入失調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。
另一個重要的參數(shù),就是運放輸入失調電壓的長期漂移,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℃時的最大失調電壓,主要是兩
部分,一部分是25度時的輸入失調電壓,另一部分是溫度變化引起的失調電壓漂移。
減小運放失調電壓方法解析
一是使用斬波技術消失調,缺點是實際上將低頻噪聲調制到高頻,后面需要多次斬波。
二是使用電壓匹配修正技術,內部消失調,缺點是電路太過復雜,實際失調調節(jié)時需要的精度太高。
三是以上兩種方法的結合,即又修正又斬波,這是目前最好的一種修正方案。
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