运放失调电压是不是偏置电压(运放之输入失调电压)

输入失调电压(Input offset voltage)

§定义:在运放开环使用时,加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电压为0。也可定义为当运放接成跟随器且正输入端接地时,输出存在的非0电压。

§优劣范围:1µV以下,属于极优秀的。100µV以下的属于较好的。最大的有几十mV。

运放失调电压是不是偏置电压(运放之输入失调电压)(1)

§理解:任何一个放大器,无论开环连接或者反馈连接,当两个输入端都接地时,理论上输出应该为0,但运放内部两输入支路无法做到完全平衡,导致输出永远不会是0。此时保持放大器负输入端不变,而在正输入端施加一个可调的直流电压,调节它直到输出直流电压变为0V,此时正输入端施加的电压的负值即为输入失调电压,用VOS表示。但是,多数情况下,输入失调电压不分正负,生产厂家会以绝对值表示。

§任何一个实际运放都可理解为正端内部串联了一个VOS,然后进入一个理想运放,如下图所示。如左图,正端引入一个-VOS,则输出为0,符合标准定义。如右图,跟随器正端接地,实际输出即为VOS,也符合标准定义。

运放失调电压是不是偏置电压(运放之输入失调电压)(2)

后果:当一个放大器被设计成AF倍闭环电压增益(同相输入放大增益,也称噪声增益)时,如果放大器的失调电压为VOS,则放大电路0输入时,输出存在一个等于AFVOS的直流电平,此输出被称为输出失调电压。闭环增益越大,则输出失调电压也越大。

对策:如果被测信号包含直流量且你关心这个直流量,就必须选择VOS远小于被测直流量的放大器,或者通过运放的调零措施消除这个影响。如果你仅关心被测信号中的交变成分,你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路,将其消除。

调零方法:有些运放有两个调零端,按照数据手册提供的方法接电位器调零即可。对没有调零端的运放,可采用外部的输出调零或者输入调零,有标准电路可以参考。

这个offset会带来哪些影响呢:就是让输出有一个直流偏置,例如一个10倍的比例运放当输入是 /-10mV时,输出应该 /-100mV,以0V为基准。可是因为失调电压的存在,例如5mV,导致输出也含有了50mV的直流偏置,致使输出交流信号向上偏移了50mV,即输出变成了-50mV-150mV。这个肯定是大家不想看到的。

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失调电压漂移(Offset Voltage Drift)

定义:当温度变化、时间持续、供电电压等自变量变化时,输入失调电压会发生变化。输入失调电压随自变量变化的比值,称为失调电压漂移。

优劣范围:0.002µV/°C到几十 µV/°C。

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输入失调电压跟很多因素都有关系,主要影响因素有温度,使用时间,电源供电电压(PSRR)。

在前面讲到如何消除失调电压对输出的影响时,提到可以用调零的方法。那么,这个时候你觉得这个调零还有用么?

因此,有三种漂移量存在:

1)输入失调电压变化相对于温度变化的比值。是指定温度范围内的平均值,以 µV/°C为单位,用符号ΔVOS/ΔT或者 dVOS/dT 表示。

2)相对于时间的比值,以 µV/MO为单位,含义是每月变化多少微伏用dVOS/dMO表示。

3)相对于电源电压变化的比值,以µV/V 为单位,含义是调好的放大器,当电源电压发生 1V 变化,会引起失调电压的变化。没有明确的符号,常用文字表示。此数值在很多放大器数据手册中没有体现。

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