輸入失調(diào)電壓Vos及溫漂

在運(yùn)放的應(yīng)用中，不可避免的會碰到運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓Vos問題，尤其對直流信號進(jìn)行放大時，由于輸入失調(diào)電壓Vos的存在，放大電路的輸出端總會疊加我們不期望的誤差。舉個簡單，老套，而經(jīng)典的例子，由于輸入失調(diào)電壓的存在，會讓我們的電子秤在沒經(jīng)調(diào)校時，還沒放東西，就會有重量顯示。我們總不希望，買到的重量與實(shí)際重有差異吧，買蘋果差點(diǎn)還沒什么，要是買白金戒指時，差一克可是不少的money哦。下面介紹一下運(yùn)放的失調(diào)電壓，以及它的計(jì)算。最后再介紹一些TI的低輸入失調(diào)電壓運(yùn)放。

理想情況下，當(dāng)運(yùn)放兩個輸入端的輸入電壓相同時，運(yùn)放的輸出電壓應(yīng)為0V，但實(shí)際情況確是，即使兩輸入端的電壓相同，放大電路也會有一個小的電壓輸出。如下圖，這就是由運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓引起的。

當(dāng)然嚴(yán)格的定義應(yīng)為，為了使運(yùn)放的輸出電壓等于0，必需在運(yùn)放兩個輸入端加一個小的電壓。這個需要加的小電壓即為輸入失調(diào)電壓Vos。注意，是為了使出電壓為0，而加的輸入電壓，而不是輸入相同時，輸出失調(diào)電壓除以增益（微小區(qū)別）。?

運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓來源于運(yùn)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。

輸入失調(diào)電壓定義：為了使輸出電壓為0，必須在運(yùn)放兩個輸入端加一個小電壓，這個電壓就是輸入失調(diào)電壓。

輸入失調(diào)電壓來源跟輸入偏置電流一樣，在于運(yùn)放差分輸入級兩個管子的不匹配。

兩個管子的匹配度在一定范圍內(nèi)和管子面積的平方根成正比，就是說匹配度提高到原來的兩倍，面積就是原來的四倍。當(dāng)達(dá)到一定水平后，增加面積也不行了。而且增加面積會增加成本，所以常用的方法是在運(yùn)放生成出來后再進(jìn)行測試，然后再trim（調(diào)校），這樣能使運(yùn)放精度大大提高。由于調(diào)試的成本導(dǎo)致高精度運(yùn)放價格也更高。

再說兩個重要參數(shù)，首先是失調(diào)電壓的溫漂，即失調(diào)電壓的大小會隨著溫度變化而變化。

失調(diào)電壓溫漂定義為：△Vos / △T = ［Vos（T） – Vos（25℃）］ / （T - 25℃）

還有一個就是輸入失調(diào)電壓的長期漂移，一般會給出類似于 uV/1000hours 或 uV/month 的單位。

下面是計(jì)算一個運(yùn)放在85℃時的最大失調(diào)電壓的例子，假設(shè)溫漂為 1uV/℃。

最大失調(diào)電壓分為兩部分：25℃的失調(diào)電壓 + 溫度變化引起的溫漂。如下圖：

如果將以上電路增益改為101，則輸出為 8585uV，看出看似溫漂 1uV/℃很小，實(shí)際輸出時溫漂就成了誤差的主要來源，所以如果產(chǎn)品應(yīng)用環(huán)境溫差大時一定要注意溫漂。

需要提醒的是，使用簡易方法測試單電源運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓時，需要將輸入端短路并提供低噪聲穩(wěn)定電壓偏置。如下圖：

我們關(guān)注輸入失調(diào)電壓，是因?yàn)樗麜o放大電路帶來誤差。下面就要分析它帶來的誤差。在計(jì)算之前，我們再認(rèn)識一個讓我們不太爽的參數(shù)，失調(diào)電壓的溫漂，也就是說，上面提到的輸入失調(diào)電壓會隨著溫度的變化而變化。而我們的實(shí)際電路的應(yīng)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(yùn)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。?

當(dāng)溫度變化時，輸入失調(diào)電壓溫漂的定義為：

剛忘記了另一個重要的參數(shù)，就是運(yùn)放輸入失調(diào)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(jì)算一下OPA376，在85℃時的最大失調(diào)電壓，主要是兩

部分，一部分是25度時的輸入失調(diào)電壓，另一部分是溫度變化引起的失調(diào)電壓漂移。?

具體步聚如下圖。從結(jié)果來看似1uV/℃溫漂，在乘上溫度變化時，就成為了誤差的主導(dǎo)。因此，如果設(shè)計(jì)的電路在寬的溫度范圍下應(yīng)用，需在特別關(guān)注溫漂。

如果放大電路的Gain改為100，則最大輸出失調(diào)電壓就為8.5mV。這是最差的情況。?

關(guān)于輸入失調(diào)電壓的測試在“運(yùn)放參數(shù)的詳細(xì)解釋和分析-part2，如何測量輸入偏置電流Ib，失調(diào)電流Ios”中有介紹，感興趣的話，可以去看看。還有簡單的測試方法，如下圖：

Vos?=?Vout/1001?

需要提醒的是，使用簡易方法測試單電源運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓時，需要將輸入端短路并提供一個低噪聲的穩(wěn)定電壓偏置。如下圖。

TI的運(yùn)放水平在全球一直處于領(lǐng)選地位，下面列一些TI的低溫漂運(yùn)放，它們的最大漂移只有0.05uV/℃。輸入失調(diào)電壓Vio最大值只有5uV。?OPA734??OPA735??OPA334??OPA335?