【導(dǎo)讀】理想的運(yùn)算放大器模型具有無限的增益、帶寬、輸入阻抗和輸出導(dǎo)納，以及幾乎為零的輸入失調(diào)電壓和偏置電流。但在運(yùn)算放大器現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境中，偏離理想狀態(tài)是正常的，比如一個(gè)直流測(cè)量系統(tǒng)，失調(diào)電壓的存在就不容忽視。運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓會(huì)引起直流信號(hào)輸出產(chǎn)生誤差，甚至減小輸出動(dòng)態(tài)范圍。本文提出了一種計(jì)算失調(diào)電壓的通用方法。
運(yùn)算放大器是電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中使用最廣泛的組件之一。盡管功能簡(jiǎn)單，它們卻表現(xiàn)出復(fù)雜的行為，因?yàn)檫\(yùn)放本身是由十幾個(gè)晶體管組成的精心制作的子電路。理想化的運(yùn)放模型，即無限大的增益、帶寬、輸入阻抗和輸出導(dǎo)納以及零值的輸入失調(diào)電壓和偏置電流，是分析運(yùn)放電路（Op Amp-based circuit）的良好一階近似。
根據(jù)運(yùn)放的工作環(huán)境，可以分析它與理想行為的偏差。DC測(cè)量系統(tǒng)就是這樣一種環(huán)境。在這種應(yīng)用中，失調(diào)電壓的存在不容忽視。它與信號(hào)處理鏈不同，在信號(hào)處理鏈中可用一個(gè)電容器輕松地濾除直流偏移。運(yùn)放的失調(diào)電壓會(huì)導(dǎo)致直流信號(hào)的輸出誤差。另外，如果失調(diào)電壓值不可忽視，它們可減小輸出的動(dòng)態(tài)范圍。各種文獻(xiàn)和教科書對(duì)失調(diào)電壓的存在都有描述。
本文提出了一種當(dāng)電路中使用的運(yùn)放具有輸入失調(diào)量e時(shí)，計(jì)算輸出失調(diào)量的通用方法。
理想運(yùn)放的傳遞函數(shù)由等式y(tǒng) = A（V+ - V-）描述，其中y是輸出，A是增益，A→∞，V+和V-分別是運(yùn)放正、負(fù)輸入端的電壓。假設(shè)實(shí)際運(yùn)放輸入/輸出傳輸特性為y = A（V+ - V- + e），其中e是理想運(yùn)放的差分輸入誤差，可以計(jì)算出失調(diào)量。該模型與實(shí)際運(yùn)放中觀察到的結(jié)果一致：當(dāng)輸入存在差異時(shí)（V+ ≠ V-），輸出為零；當(dāng)V+ = V-時(shí)，實(shí)際運(yùn)放產(chǎn)生非零輸出。 假設(shè)運(yùn)放的函數(shù)模型為y = A（V+ - V- + e），其中e是輸入失調(diào)電壓，當(dāng)用于負(fù)反饋配置時(shí)，我們得到：
或者，對(duì)于在負(fù)反饋配置中使用的任何運(yùn)放，V+ - V- = - e（假設(shè)增益無限大）。
因此，分析理想運(yùn)放電路時(shí)廣泛遵循的運(yùn)放“黃金法則”需要做一些修改，以便包含表示輸入失調(diào)電壓存在的值e。
• 在采用負(fù)反饋配置運(yùn)放的電路中，V- = V+ + e；
• 運(yùn)放正極或負(fù)極輸入/輸出電流為零。
現(xiàn)在考慮圖1所示的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。原理圖拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射到圖2所示的電路，其電阻網(wǎng)絡(luò)分別由戴維南（Thevenin）等效電路（從端子向外看）替換為Vth+、Rth+和Vth-、Rth-。
圖1：負(fù)反饋運(yùn)放電路的一般拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
運(yùn)用黃金法則：
V− = V+ + e = Vth+ + e，因?yàn)閂+ = Vth+。 在圖2中運(yùn)放的負(fù)極端應(yīng)用基爾霍夫電流定律，得出：
用Vth+、Vth-和e求解Vout，得到：
圖2：圖1所示的電路拓?fù)溆成涞皆撾娐贰?/div>
F（Vth+, Vth-, 0）僅僅是理想運(yùn)放的輸出（即輸入失調(diào)電壓是零）。因此，輸出失調(diào)為：
我們將在廣泛使用的各種運(yùn)放電路的輸出失調(diào)計(jì)算中應(yīng)用上述導(dǎo)出公式。
1.差分放大器
參見圖3。在這種情況下：
圖3：差分放大器。
1a. 同相放大器
差分放大器的一個(gè)特例，V1 = 0和R1 = 0。
2.求和放大器
見圖4。
圖4：求和放大器。
在這種情況下，Rth- = R1 || R2 || R3 ……….|| Rn，因此：
2a. 反相放大器
求和放大器特例，n = 1。
2b. 二進(jìn)制加權(quán)數(shù)模轉(zhuǎn)換器
上面顯示的求和放大器特例，其中：
3. R-2R梯形數(shù)模轉(zhuǎn)換器
眾所周知，R-2R梯形的等效輸出電阻是R，與梯形的長(zhǎng)度無關(guān)。圖5和圖6顯示了兩種實(shí)現(xiàn)方式。在圖5中：
圖5：具有緩沖輸出的R-2R梯形數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
圖6：帶反相輸出的R-2R梯形數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
在圖6中：
當(dāng)n值較小，與圖6中的R-2R DAC相比，加權(quán)二進(jìn)制DAC產(chǎn)生的輸出失調(diào)更小。
考慮偏置電流
本節(jié)的輸出失調(diào)計(jì)算考慮了偏置電流。假設(shè)流出正、負(fù)端子的偏置電流分別為IB+和IB-（+值為輸出電流）。參考圖2。
在運(yùn)放負(fù)端應(yīng)用基爾霍夫電流定律，得出：
用Vth+、Vth-、e、IB+、IB-求解Vout，得到：
F（Vth+, Vth-, 0, 0, 0）為理想運(yùn)放的輸出。因此，輸出失調(diào)量由下式給出：
計(jì)算出上述每一種情況的Rth+和Rth-后，總失調(diào)量的計(jì)算就是簡(jiǎn)單地將適當(dāng)?shù)闹荡肷鲜龅仁街小?/div>
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
推薦閱讀：
特別推薦
- 破局PMIC定制困境：無代碼方案加速產(chǎn)品落地
- 線繞電阻與碳膜電阻技術(shù)對(duì)比及選型指南
- 超越毫秒級(jí)響應(yīng)！全局快門圖像傳感器如何驅(qū)動(dòng)視覺系統(tǒng)效能躍升
- 立體視覺的“超感進(jìn)化”：軟硬件協(xié)同突破機(jī)器人感知極限
- 線繞電阻與金屬膜電阻技術(shù)對(duì)比及選型指南
- MOSFET技術(shù)解析：定義、原理與選型策略
- 光敏電阻從原理到國(guó)產(chǎn)替代的全面透視與選型指南
技術(shù)文章更多>>
- 運(yùn)動(dòng)追蹤+沖擊檢測(cè)雙感知！意法半導(dǎo)體微型AI傳感器開啟智能設(shè)備新維度
- 超聲波清洗暗藏"芯片密碼"：二氧化硅顆粒撞擊機(jī)理揭秘
- 如何通過 LLC 串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器優(yōu)化LLC-SRC設(shè)計(jì)？
- 科技自立自強(qiáng) 筑牢強(qiáng)國(guó)之基——金天國(guó)際全球首發(fā)雪蓮養(yǎng)護(hù)貼活力型引領(lǐng)生命養(yǎng)護(hù)革命
- 滑動(dòng)分壓器的技術(shù)解析與選型指南
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
元件符號(hào)
元器件選型
云電視
云計(jì)算
云母電容
真空三極管
振蕩器
振蕩線圈
振動(dòng)器
振動(dòng)設(shè)備
震動(dòng)馬達(dá)
整流變壓器
整流二極管
整流濾波
直流電機(jī)
智能抄表
智能電表
智能電網(wǎng)
智能家居
智能交通
智能手機(jī)
中電華星
中電器材
中功率管
中間繼電器
周立功單片機(jī)
轉(zhuǎn)換開關(guān)
自耦變壓器
自耦調(diào)壓器
阻尼三極管
