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靜態參數-輸入失調電壓

冬至子 ? 來源:電子硬件筆記 ? 作者:烙鐵哥 ? 2023-10-27 14:54 ? 次閱讀
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對于運放的認知,初學者可能只記得虛短虛斷、輸入阻抗/開環增益無窮大,但是若要設計一個性能優良的放大器,熟悉運放其他一些參數指標必不可少。

這些參數可分成兩大類:靜態參數和動態參數。靜態參數主要描述運放的時域特性,而動態參數更多描述的是頻域上的,或者與頻率和一些統計規律有關,這些將會慢慢分享給大家。

| 先看一個輸入電壓為0的跟隨器 |

圖片

們知道跟隨器的輸出電壓與輸入電壓相等,但上圖的跟隨器輸入電壓為0輸出電壓卻為30.59uV,為什么輸出不為0呢?事實上,實際運放的兩個輸入端不能做到真正的完美匹配,當運放在對信號進行運算時總會引入誤差,這就是我們要說的輸入失調電壓。

| 什么是輸入失調電壓? |

◆ 輸入失調電壓的定義: 為了使運放的輸出電壓等于0,須在運放的兩個輸入端加入一個小電壓,這個小電壓就叫輸入失調電壓 VOS (Input Offset Voltage),我們有時候為了方便會直接叫失調電壓。

為什么叫輸入失調電壓而不叫輸出失調電壓? 對于理想運放來說,當運放兩端的輸入電壓相等時輸出電壓為0,但是在實際的運放當中,輸出電壓不為0,它要么是電源正軌要么是電源負軌,甚至出現亞穩態的情況。所以輸出失調電壓的叫法不能表征運放這一特性,我們總不能把電源正軌或者負軌電壓叫做失調電壓。

◆ 輸入失調電壓可正可負。

◆ 輸入失調電壓是運放內部兩個輸入端的晶體管失配造成的。

| 輸入失調電壓如何折算 |

為了更好地分析VOS對放大器輸出的影響,下面將它進行一個抽象表示如圖-1。

· 圖-1 ·

圖片

如上圖,我們將VOS等效成一個電壓源,它與輸入電壓串聯。通過虛短虛斷或者類比很容易得到最終該同相放大器的增益公式,如公式-1所示。

· 公式-1 ·

圖片

| 仿真驗證 |

從OP07E的手冊或者 Spice Model 可以看到OP07E的VOS=30uV,如圖-2。

· 圖-2 ·

圖片

· 仿真結果 ·

圖片

從仿真結果來看,會發現運放輸出電壓并不等于30uV。這里要說明一下,上圖并不是嚴格測量VOS的電路,因為這個電路并不符合VOS的定義,這里只是為了說明問題,測量方法會在以后分享。

此外,運放的固有靜態參數不單單只有VOS會影響其輸出,比如PSRR、CMRR也會影響。

| 輸入失調電壓的溫漂TC |

半導體器件總是受溫度影響,而運放的VOS是受溫度影響較大的一個參數。IC廠商測量VOS溫漂的方法就是在不同的溫度下測VOS,然后再對時間求導,如公式-2。

· 公式-2·

圖片

| 溫漂TC計算示例 |

圖片

如上圖,在25℃下,VOS=45uV,假如運放工作在75℃下,則最終VOS產生的偏差為:

圖片

所以最終運放的輸入信號相當于原來的輸入信號再加上一個60uV的直流信號。

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