实际运放与理想运放具有很多差别,要理解这些差别,就必须认识实际运放的参数。下图是用于描述实际运放几个关键参数的等效模型。模型中,第一个黄色运放是一个近似的理想运放,只有Auo不是无穷大,其余都是理想的。第二个运放是一个理想运放,它组成了一个电压跟随器。我们结合这个模型重点介绍运放的输入失调电压Vos。
当运放的两个输入端接地时,由于图中Vos的存在,经过Auo倍放大,输出电压必然不是0。在运放的负输入端施加一个可调节的直流电压uos,调节uos使得输出电压等于0时,此时的uos即为运放的输入失调电压Vos。
运放的输入失调电压来源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10uV。
下面我们来分析下它带来的误差。在计算之前,我们再认识一个让我们不太爽的参数,失调电压的温漂,也就是说,上面提到的输入失调电压会随着温度的变化而变化。而我们的实际电路的应用环境温度总是变化的,这又给我们带来了棘手的问题。下表就是在OPA376 datasheet上截取下来的参数。它温漂最大值为1uV/℃(-40℃to 85℃)。一大批运放的Vos是符合正态分布的,因此datasheet一般还会给出offset分布的直方图。
当温度变化时,输入失调电压温漂的定义为:
刚忘记了另一个重要的参数,就是运放输入失调电压的长期漂移,一般会给出类似uV/1000hours或uV/moth等。有些datasheet会给出这一参数。
下面举例计算一下OPA376,在85℃时的最大失调电压,主要是两部分,一部分是25度时的输入失调电压,另一部分是温度变化引起的失调电压漂移。
具体步骤如下图。从结果来看似1uV/℃温漂,在乘上温度变化时,就成为了误差的主导。因此,如果设计的电路在宽的温度范围下应用,需在特别关注温漂。
Vos(85℃)= 25uV+60uV=85uV.
如果放大电路的Gain改为100,则最大输出失调电压就为8.5mV。这是最差的情况。
下面列一些低温漂运放,它们的最大漂移只有0.05uV/℃。输入失调电压Vio最大值只有5uV。
OPA734 OPA735 OPA334 OPA335
参考原文:《输入失调电压Vos及温漂》