输入失调电压对放大电路的影响

描述

在实际应用中,输入失调电压的存在,将使得放大电路的输出,产生不期望的、额外的直流电压。以图1电路为例,这是一个标准的同相比例器,增益为101。输入信号为幅度5mV的正弦波,频率为1kHz,直流偏移量为0V,按照理论分析,电路输出应为幅度505mV,直流偏移量等于0V的正弦波。

失调电压

图1, 失调电压举例电路1

但是,实际的输出波形如图2所示,可以看出,输出峰峰值是正确的,但波形含有200mV左右的直流偏移量。这是设计者不期望的,但它却出现了。我们称这个200mV的输出直流偏移量为“输出失调电压”,用UOS_OUT表示,它的标准定义是:一个放大电路,当输入为0时,输出存在的直流电压。它与电路中的运放的输入失调电压有关,也与电路的增益有关,也与偏置电流,外部电阻值等有关,不属于运放固有参数,因此数据手册不会给出。

失调电压

图2 失调电压举例电路1的输入输出波形

为了解释输入失调电压对运放电路的影响,将图1所示的电路,用仅含有输入失调电压的运放模型代入,得到图3。分析如下:

失调电压

即,信号被放大G倍的同时,输出端还包含了G倍输入失调电压的直流分量,也就是输出失调电压。 

在TINA模型中,LM324的输入失调电压被设置为2mV,因此,经过101倍放大后,理论上应为202mV的输出失调电压,目测200mV很正常。

失调电压

图3 含运放输入失调电压等效模型的同相比例器电路

从这个电路的分析可以了解到,为什么运放的输入信号明明没有直流分量,但是输出却有直流分量了,而且还不小呢,因为输入失调电压是任何一个运放都存在的,它来自于运放内部电路的电路结构以及非对称性,是难以从根本上消除的。

高速运放或者通用运放,输入失调电压一般在mV数量级。而精密运放的输入失调电压较小,一般可以小于10μV。ADI公司生产的ADA4528-1,采用0漂移技术,其输入失调电压典型值常温下为0.3μV,最大值不超过2.5μV,且失调电压随温度变化不超过0.015μV/℃,属于极为优秀的。TI公司生产的TLC2652,也具有类似的性能,但它的外部需要接一个电容。

输入失调电压,特别是输入失调电压温漂,对直流放大器,比如电子秤、万用表中的前端测量电路,影响巨大。

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