在理想运算放大器的情况下,当输入电压 (V i ) 为 0 V时,V IN(+)和 V IN(-)端子的直流电压完全匹配。 然而,实际上存在以下差异V IN(+)和 V IN(-)端子之间的输入阻抗和输入偏置电流,导致它们的电压略有不同。这种称为输入失调电压的差值乘以增益,表现为与运放理想输出电压的偏差。
特别是我们当用运放设计传感器电路时,由于传感器对于精度要求比较高,那么运算放大器的输入偏移电压会导致传感器检测灵敏度的误差。为了将传感器测试误差保持在规定的容差水平以下,硬件工程师在设计时必须选择具有低输入失调电压的运算放大器。
输入失调电压的影响
参考下面的电路图,该电路为同相放大电路,电路增益为(R1+R2)/R1,输入失调电压可以看作是电压源,这样电路中就有两个电压源,遇到这种多电源电路最简单的处理方式就是叠加定理;
把另外一个电压源短路处理,来考虑单独一个电压源对输出的影响,这样输入输入失调电压是Vio,那么由此产生的输出电压偏移就是Vio*(R1+R2)/R1=Vio*A,其中A是电路的增益,也就是说电路的增益越大,那么输入失调电压对输出的影响越大。
图 2 具有输入偏移的反相放大器的输出波形
那么我们该如何弥补失调电压的影响呢?运放制造商通常会做出一些设计来调整封装,进而调整运算放大器的偏移。通常,运算放大器封装上的两个额外端子用于连接外部“微调”电位计。这些连接点被标记为offset null,在 741单运算放大器上,偏移零点连接点是 8 引脚,DIP 封装上的引脚 1 和 5。
并以下图这种方式使用:
所以我们可以看出来,从输入偏置电流,到输入失调电流,再到输出失调电压,这是一个由因到果的过程,我们在理解这些名词概念的时候,要综合来看,这样我们理解的时候也会更透彻。随便打开一个运放规格书,一般会给出运放输入失调电压,这个时候我们可以根据运放外围电路的配置去计算放大倍数,进而计算出输出失调电压。
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