失調電壓

輸入電壓為0輸出電壓也為0的運放

失調電壓,又稱輸入失調電壓,是指一個理想的運放,當輸入電壓為0時,輸出電壓也應為0。輸入失調電壓計算公式:U1=R1/(R1+Rf)·Uo,輸入失調電壓反映了電路的對稱程度,其值一般為±1~10mV。

概述


失調電壓
失調電壓
失調電壓,又稱輸入失調電壓,記為U1,一個理想的運放,當輸入電壓為0時,輸出電壓也應為0。
但實際上它的差分輸入級很難做到完全對稱。通常在輸入電壓為0時,存在一定的輸出電壓。
解釋一:在室溫25℃及標準電源電壓下,輸入電壓為0時,為使輸出電壓為0,在輸入端加的補償電壓叫做失調電壓。
解釋二:輸入電壓為0時,輸出電壓Vo摺合到輸入端的電壓的負值,即VIO=- VO|VI=0/AVO
輸入失調電壓反映了電路的對稱程度,其值一般為±1~10mV

公式


由例圖得出輸入失調電壓 計算公式:
U1 = R1/(R1+Rf)·Uo

應用


運算放大器是用反饋控制其特性的直接耦合高增益放大器,用於從直流到幾兆赫茲的頻率放大、控制、或產生正弦波或非正弦波,能夠完成加減乘除積分微分等所有經典運算,在控制系統、調整系統、信號處理、測試儀器和模擬計算等非數值應用中都有極大的用途。

原理


輸出失調電壓由輸入級內部失配所引起。一個簡單差分對(見圖2)
失調電壓
失調電壓
由兩個晶體管Q1和Q2組成。輸入埠間任何差分信號都被放大並且產生輸出電壓V。實際上,兩個晶體管的特性不會完全一樣;因此,集電極偏置電流Ic1和Ic2會不同。結果,即使沒有任何輸入電壓,也可能會有一個差分輸出電壓,其在後級被放大並且可能因為更多的失配而惡化。
對於圖3中的反相和同相放大器,輸入失調電壓的影響可以被確定。對於這兩種結構.因為沒有其他輸入信號V,可以考慮為同相端的輸入。
兩大放大器
兩大放大器

調整方法


失調電壓內調整

很多單運放都提供額外管腳用於失調電壓調零。使用該功能時,通常在運放自兩個管腳上接一個電位器,而電位器的滑動端通過電阻與正電源端(或者負電源端相接,取決與具體的運算放大器,電路如圖4所示:
失調電壓
失調電壓
需要注意一個常見問題:替換不同型號的運放后,如果滑動端意外地與錯誤的電源相連,那麼運放將會損壞。一個設計良好的運放的失調電壓調節範圍不超過其最低等級產品的最大Vos的2~3倍;然而,運放的失調電壓調整管腳處的電壓增益通常大於信號輸入端的增益。因此,必須儘可能地減小失調電壓調整管腳處的雜訊,也就是避免使用長導線連接運放和電位器。
失調電壓調零會引起失調溫度係數上升,運放的輸入失調電壓漂移受失調電限調整設置的影響。內部調節端只能用於調整運放自己的失調電壓,而不能糾正系統的失調誤差。對於FET輸入型運放來說,漂移損失約為4μV/℃。通常,最好通過選擇合適的器件/等級來控制失調電壓。

失調電壓外調整

失調電壓外調整的方法分為反相運算放大電路失調電壓的外部調整方法以及同相運算放大電路失調電壓的外部調整方法。以同相運算放大電路失調電壓的外部調整方法為例說明失調電壓的外調整。
對於同相運算放大電路,可以採用如圖5所示的電路
失調電壓
失調電壓
在運放的反相輸入端注入小的偏置電壓。當R3》R1時,失調電壓較小,該電路工作性能較好;否則,信號增益將受調整失調電壓用的電位器的影響。然而,當R3與固定的低阻抗參考電源±VREF,相連時,信號增益將穩定。