TI中文支持网
TI专业的中文技术问题搜集分享网站

运放参数的详细解释和分析-part3,输入失调电压Vos及温漂(建议置顶)

       在运放的应用中,不可避免的会碰到运放的输入失调电压Vos问题,尤其对直流信号进行放大时,由于输入失调电压Vos的存在,放大电路的输出端总会叠加我们不期望的误差。举个简单,老套,而经典的例子,由于输入失调电压的存在,会让我们的电子秤在没经调校时,还没放东西,就会有重量显示。我们总不希望,买到的重量与实际重有差异吧,买苹果差点还没什么,要是买白金戒指时,差一克可是不少的money哦。下面介绍一下运放的失调电压,以及它的计算。最后再介绍一些TI的低输入失调电压运放。不足之处,多多拍砖。

       理想情况下,当运放两个输入端的输入电压相同时,运放的输出电压应为0V,但实际情况确是,即使两输入端的电压相同,放大电路也会有一个小的电压输出。如下图,这就是由运放的输入失调电压引起的。

        当然严格的定义应为,为了使运放的输出电压等于0,必需在运放两个输入端加一个小的电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos。注意,是为了使出电压为0,而加的输入电压,而不是输入相同时,输出失调电压除以增益(微小区别)。

         运放的输入失调电压来源于运放差分输入级两个管子的不匹配。如下图。受工艺水平的限制,这个不匹配是不可避免的。差分输入级的不匹配是个坏孩子,它还会引起很多其他的问题,以后介绍。

 

        曾经请教过资深的运放设计工程师,据他讲,两个管子的匹配度在一定范围内是与管子的面积的平方根成正比,也就是说匹配度提高为原来的两倍。面积要增加四倍,当到达一个水平时,即使再增加面积也不会提高匹配度了。提高面积是要增加IC的成本的哦。所在有一个常被使用的办法,就是在运放生产出来后,进行测试,然后再Trim(可以理解为调校了)。这样就能使运放的精度大在提高。当然,测试和Trim都是需要成本的哦。所以精密运放的价格都比较贵。这段只当闲聊,呵呵。

        我们关注输入失调电压,是因为他会给放大电路带来误差。下面就要分析它带来的误差。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。

具体步聚如下图。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。

        关于输入失调电压的测试在"运放参数的详细解释和分析-part2,如何测量输入偏置电流Ib,失调电流Ios"中有介绍,感兴趣的话,可以去看看。还有简单的测试方法,如下图:

Vos = Vout/1001

        需要提醒的是,使用简易方法测试单电源运放的输入失调电压时,需要将输入端短路并提供一个低噪声的稳定电压偏置。如下图。

        TI的运放水平在全球一直处于领选地位,下面列一些TI的低温漂运放,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

还有一些温漂很小的运放,

OPA333,OPA188

感兴趣的可以在下面的列表中找到。

http://www.ti.com.cn/paramsearch/cn/docs/parametricsearch.tsp?family=analog&familyId=3028&uiTemplateId=NODE_STRY_PGE_T

 

Van Yang:

Life-Time Max Shift (ten-year) = Max Initial Value 

Long-Term Max Spec = 2 * Initial Spec

Wayne Xu:

回复 Van Yang:

谢谢Van的详细补充。

rb:

回复 Van Yang:

没懂。 意思是datasheet中drift的最大值就是10年的?

  那么10年后 opa369的drift是1.75uv?

 

Rui Feng1:

输入偏置电流和输入失调电流在计算对放大电路的影响时,最后归纳成为一个失调电压,并且输入偏置电流和输入失调电流和本文中的失调电压都是晶体管不对称引起的,所以输入偏置电流和输入失调电流引起的失调电压和本文中的运放失调电压是不是可以归纳为一个失调电压?

Andrew Wu:

回复 rb:

您好,没有理解您所谓的“最大值就是10年”是什么意思。drift最大值为1.75uV/C的意思是温度每变化1C,offset voltage会变化1.75uV,不知道您所谓的10年从何而来呢?

Andrew Wu:

回复 Rui Feng1:

由Ib引起的offset和运放本身的offset不能简单的归纳为同一个失调电压,Ib会与反馈电阻形成一个offset,如果Ib过大,自然会对运放的精度造成影响。

bin wu1:

回复 Andrew Wu:

 

能仔细讲讲,在应用的时候,如何避免Ib(失调电压)所带来的不良影响吗?   我看相关OP的datasheet ,发现有个 输出失调电压,这个如何理解?

 

谢谢!

jinbo cai:

回复 Andrew Wu:

虽然引起失调电流与失调电压的原因可能相同,但并不能是一个事物的两个概念。失调电流更侧重于直流偏置情况下由于晶体管失配通过外部的电阻而引起的误差;失调电压却是运放本身存在的,无论外部的电阻如何变化,这个失调电压是一直存在的。不知道这样理解是否可以?

rognshu rong:

回复 Van Yang:

这是什么意思,没有看懂,求大神解释,谢谢

赞(0)
未经允许不得转载:TI中文支持网 » 运放参数的详细解释和分析-part3,输入失调电压Vos及温漂(建议置顶)
分享到: 更多 (0)