《运输放大器参数解析与LTspice应用仿真》二、失调电压

皓月光兮非自明

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二、失调电压

2.1 失调电压定义

放大器两个输入级存在失配，导致放大器输出电压不为0V。需要在输入管脚 之间增加合适的校正电压，即失调电压（Offset Voltage，V_OS）。

V_A + V_OS = V_B

 

            1.输入级的制造工艺

            放大器产生输入失调电压的主要原因是：输入级对称三极管晶圆不匹配。

            对称三极管的匹配度在一定范围内和晶圆面积的平方根成正比，也就是如若需要将对称三极管匹配度提高到原来的2倍，晶圆面积就需要扩大4倍，且达到一定水平后增加晶圆面积也无法改善输入失调问题，另外增加的晶圆面积会直接增加芯片的制造成本。

            常用的解决方法是：在放大器生产后在进行测试与校准，或者在输出级使用斩波等技术改善放大器的失调电压。

 

            2.芯片封装技术

            大多数放大器的封装并不会影响失调电压，但是仍有少数放大器的封装技术会影响。

 

2.2 失调电压漂移定义

失调电压漂移Offset Voltage Drift）定义为因环境温度、工作时间变量变化时，输入失调电压随变化量的比值。

 

1. 变量为温度，表示输入失调电压的变化量与导致该变化的温度变化量的比值。单位为  ，符号为  或  。

                        ​​​​​​​    

 

 

2. 变量为时间，失调电压漂移的单位是  ，表示失调电压每月变化多少微伏，其代表放大器在长期工作中失调电压的稳定性。

 

            漂移是放大器难以处理的参数，因为它的存在随时会产生新的失调电压，常见的处理方法是使用漂移参数较小的放大器，或者使用自稳零技术的放大器。

 

2.3 失调电压的测量与仿真

测量微伏至毫伏范围的输入失调电压，要求测试电路产生的误差远远低于失调电压本身。在测试放大器输入失调电压时，需要注意以下几个问题：

1. 供电电源要求蒂文波、低噪声，例如电池。
2. 电路的工作温度保证在25℃，并远离发热源。当电路上电工作稳定，板卡温度没有变化后再进行测量。
3. 失调电压测试误差可能来自寄生热电偶结点，这是两种不同金属连接的时候形成的。热电偶电压范围通常在2~40  以上，并随着温度变化有明显变化。可在同向输入端串接一个电阻R来匹配反向输入路径中的热电偶结点。
4. 电阻的两个引脚焊接在相同的金属（PCB铜走线）上会产生两个大小相等、极性相反的热电电压，当两者温度完全相同时，这两个热电电压会相互抵消。所以，控制焊盘和PCB走线长度，减小温度梯度可以提高测量精度。

 

2.4 失调电压的处理方法

            在早期的单通道放大器具有失调电压校准的引脚。

            例如OP07，其失调电压调整电路使用电位计连接失调电压校准功能的1脚、8脚，电位器的分压处连接到电源。如果放大电路设计完善，失调调整范围不会超过最低等级器件的最大失调电压的2~3倍。

            但在实际电路中，无法保证这些引脚没有噪声，或者避免使用长导线将该引脚连接到相距较远的电位计，以及放大器失调调整引脚的电压增益可能大于信号输入端的增益，这些因素增加了失调电压校正的难度。

            目前主流的失调电压处理方法是外部方法，即使用可编程电压实现对失调电压的调整，例如使用数模转化器或者数字电位器。

 

2.5 噪声增益评估输出失调电压

            放大器的输出失调电压在电路没有输入信号时，仍能输出某个直流电压E_O，把这种不希望出现的输出电压当成一个误差，称为“输出直流噪声”或者“输出直流误差”。

 

噪声增益关系式为：

 

                    β：反馈系数，即反馈回路的损耗

                    A_VO：放大器的开环增益

okhxyyo

这是把失调电压的知识点专门分享出来了呀~ 是觉得这是一个比较常见的问题点吗？

皓月光兮非自明

okhxyyo 发表于 2023-10-31 18:04 这是把失调电压的知识点专门分享出来了呀~ 是觉得这是一个比较常见的问题点吗？

是的，一下子想起以前一个负压检测低压输入时输出0V，现在想想应该就是放大失调电压阈值这个问题，就多看了几遍这个部分

okhxyyo

皓月光兮非自明 发表于 2023-11-10 00:40 是的，一下子想起以前一个负压检测低压输入时输出0V，现在想想应该就是放大失调电压阈值这个问题，就多看 ...

那挺好。这个知识你就会离得特别牢啦