原创 【博客大赛】差分运算电路输出失调电压的消除

     差分运算电路输出失调电压的消除

  本帖承接《运放块输出失调电压消除，只需一个电阻》，序号5开头。
5），下图电阻R=Ro=Rg，设运放块静态基极电流在U+端是Ib1，在U-端是Ib2，它们产生的压降差U+-U-=(Ib1R-Ib2R)=R(Ib1-Ib2) 如果等于-Vos就可消除Uos，即，Vos=R(Ib1-Ib2)，由于输入失调电流参数Ios=|Ib1-Ib2|，代人得Vos=R*Ios，移项得，Ro=Rg=Vos/Ios，用此关系式计算Ro和Rg电阻值。推导结果与上一帖2-4关系式(阅附录一)一致。

5-1），差分运算电路Uos消除
以LM324运放块为例计算如下表。

按照差分运算输出/输入关系式Uo=(1+Rf/Re)[Rb/(Ra+Rb)]Uib-(Rf/Re)Uia，
设Ra=Rb=Re=Rf=0.5K，Rx=0。则，Uo=Uib-Uia，输出电压是两个输入的幅度之差。以上述各电阻搭建如下电路仿真。

 

两个输入信号Uib和Uia三种不同幅度差时的Uo输出如下，

测试结果验证差分电路逻辑功能正确，关系式成立。改变Rx可以改变电路增益，而电阻Ro和Rg不必重新计算，可以看作运放块自身+-端的延伸。这样的计算和调整就很简单。
选择运放块参数注意：
**)开环增益不宜大，不要超过数十万；
**)增益带宽积参数制约电路增益或输入信号频率；
**)低价运放块消除了Uos，就可以代替高端器件，应用于高精度的运算电路。
5-2)，上述差分电路Uia和Uib接在一起，输入Ui恒压源，其它参数不变，则 Uo=-Rx*Ui，输出电压Uo是输入电压Ui的Rx倍，可以作为倍数运算电路。如果以Rx作为测量标的(例如热敏电阻或压力传感器)，就成为检测电路。
5-3)，同相放大电路Uos消除
以运放块LM324为例计算如下表。

先将Ui端接地，输出调0，微调Ro=400.9K。然后Ui断开地，输入Vpk130uv的调幅波(500/50Hz)，放大100倍的输出信号Uo与输入信号Ui的中轴重叠，Uos消除。增大输入信号强度，电路工作正常。

附录一
《运放块输出失调电压消除，只需一个电阻》帖中，2-4款高增益电路消除Uos的另外一种办法
根据测试，如果Ro=Re，无论Ibs是任何值，在Ro与Re压降之差-Ro*Ibs-(-Re*Ibs)都为0，所以两个输入端电位差U+－U-就由全由Ios产生的压降决定，即0.5Re*Ios+0.5Ro*Ios=Vos，就可以消除Uos。整理得：
Ro=Re=Vos/Ios，（Ibs取任意值）――――――2-4
例），Vos=0.03，Ios=2e-7，Ibs=1e-5则，
Ro=Re=Vos/Ios＝3e-2/2e-7=150K。
RoRe组成电路仿真验证2-4关系式成立。

附录二
差分电路消除Uos方法，也可以用《运放块输出失调电压消除，只需一个电阻》帖中的3-4a、3-4b和3-4c三个关系式计算。但是Ro由Ra 、Rb和Rc组成(如左图)，要用Rc=Ro-Ra*Rb/(Ra+Rb)关系式计算Rc，然后搭建如右电路，很明显Rc随电路参数的改动而变。