part-3 输入失调电压Vos及温漂

运放应用中,不可避免会碰到输入失调电压Vos问题。尤其对指令信号放大时,由于失调电压的存在,在输出端总会叠加我们不期望的误差。比如电子秤在没有校准时即使没有放东西,其示数也不为0就是这个问题造成的。

理想情况下:当运放两个输入端电压相同时,其输出应该为0,但实际情况却是仍然有一个小电压输出。这就是有输入失调电压导致的,如下图:

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输入失调电压定义:为了使输出电压为0,必须在运放两个输入端加一个小电压,这个电压就是输入失调电压。

输入失调电压来源跟输入偏置电流一样,在于运放差分输入级两个管子的不匹配。

两个管子的匹配度在一定范围内和管子面积的平方根成正比,就是说匹配度提高到原来的两倍,面积就是原来的四倍。当达到一定水平后,增加面积也不行了。而且增加面积会增加成本,所以常用的方法是在运放生成出来后再进行测试,然后再trim(调校),这样能使运放精度大大提高。由于调试的成本导致高精度运放价格也更高。

再说两个重要参数,首先是失调电压的温漂,即失调电压的大小会随着温度变化而变化。

失调电压温漂定义为:△Vos / △T = [Vos(T) – Vos(25℃)] / (T - 25℃)

还有一个就是输入失调电压的长期漂移,一般会给出类似于 uV/1000hours 或 uV/month 的单位。

下面是计算一个运放在85℃时的最大失调电压的例子,假设温漂为 1uV/℃。

最大失调电压分为两部分:25℃的失调电压 + 温度变化引起的温漂。如下图:

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如果将以上电路增益改为101,则输出为 8585uV,看出看似温漂 1uV/℃很小,实际输出时温漂就成了误差的主要来源,所以如果产品应用环境温差大时一定要注意温漂。

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低噪声稳定电压偏置。如下图:

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