原创运放电路直流误差分析

 2009-9-1 12:59  7069 19 7 分类: 汽车电子

运放的主要误差因素有 输入失调电压VIO，输入失调电压温漂αVIO，输入偏置电流IIB，输入失调电流IIO，输入失调电流温漂αIIO等。 以下皆为各个元素的定义，略交代一下。   （1）输入失调电压 　  输入失调电压的定义是：在室温和标称电源电压下，为使运放输出电压为零而在输入端之间所加的补偿电压。  VIO是由于构成输入端差分放大器两个晶体管的Is不等引起的，抵消这一电压必须在输入端加一个与之反相的电压。VIO的数量级在1μv～20mv之间。   （2）输入失调电压温漂αVIO 　 输入失调电压温漂是在一定温度范围内失调电压VIO的变化量与温度T的变化量之比（ΔVIO ／Δ T），普通运放的αVIO约为几十μv／℃，但对低漂移运放，该值往往小于1μv／℃，有的甚至小于0．1μv／℃。   （3）输入偏置电流IIB   输入偏置电流IIB是输入端不加信号时流入两输入端的平均电流，它的大小主要取决于运放差分输入级晶体管的β的大小。如果β过小将使IIB增大。通常IIB的数值在1nA～1mA之间，可见运放的工作点是非常低的，这也决定了运放的输入阻抗很高。IIB的存在将使得在运放输入端的电阻上及信号源的内阻上产生共模输入电压。   （4）输入失调电流IIO及其温漂αIIo 　 输入失调电流IIO是输入端不加信号时流入两输入端的电流之差，即：IIO＝IB1－IB2，它是由于运放差分输入级晶体管的β不等引起的。它的存在将使得在运放输入端的电阻上及信号源的内阻上产生差模输入电压。 下面我们开始分析电路，做最坏分析的时候，有两种不同的方法： 第一种就是把所有最坏值都放进去，得出的值可能不会发生，比如在稳定一定的情况下，电阻最大值最小值是有限的，你把可能的值都算上，把他们组合起来即可，实际这种情况不可能发生，因为温度在一个时刻只有一个，参数是相关的，不是无关的。 第二种：把一些关键的环境因素提取出来，比如上述的电子的误差，你把温度提取出来作为电阻的参数之一，然后扫描整个温度范围区间即可，等于在整个函数中提取出温度作为整个参数之一。 接下来我们看电路分析了，前面在介绍节点电压分析的时候，因为加入偏置电压和偏置电流，整个电路等效起来相对比较麻烦，如图1和图2 图1<a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/4118815f-f626-4ebe-b722-123317b98d18.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/4118815f-f626-4ebe-b722-123317b98d18.JPG" width="520" height="195" /></a> 图2 <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/d65a1400-11d0-446f-bfc1-cbdfb7b4adc7.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/d65a1400-11d0-446f-bfc1-cbdfb7b4adc7.JPG" width="520" height="235" /></a> 按照普通的方法可是很麻烦的，把所有的参数按照等式罗列，这么做的唯一后果就是做出来很痛苦，不容易检查错误，如下图所示： <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/3180cc32-4982-43e7-a4ac-de604f8d7879.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/3180cc32-4982-43e7-a4ac-de604f8d7879.JPG" width="520" height="273" /></a> 换一种思路，利用矩阵的节点电压法，其实公式都是一样的，只是把等式分为G×V=I，求逆矩阵即可。结果如图： <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/845eca0c-e769-4df0-82ca-ba4780f22f53.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/845eca0c-e769-4df0-82ca-ba4780f22f53.JPG" width="520" height="170" /></a> 通过求导分析后即可得到最大值最小值 <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/da778dea-1a97-4098-a04f-74d7875b62d8.JPG"><img src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/da778dea-1a97-4098-a04f-74d7875b62d8.JPG" style="width:400px;" alt="点击开大图" /></a> 这里使用的方法是把所有的参数矩阵化，求得最值的取向后直接生成一个index，这样就可以自主选择数据，不用一个个去排哪个参数了。当然这里用的方法是第一种，温度不作为单独的变量。 下面如果把温度作为单独变量呢，可计算得到结果如下： <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/8c2c7080-1aff-475d-91c6-e979553565b0.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/8c2c7080-1aff-475d-91c6-e979553565b0.JPG" width="520" height="265" /></a> 通过把温度独立出来，可以很精确的知道，在温度变化的情况时，变化的参数值，也容易分析出，常温的时候变化是多少，如果误差比较大，也可以采取校验的方法，在常温下采集，然后在别的温度下减去常温下采集得到的数值。 <a href="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/1adb27f7-0854-4734-998f-aa758211deec.JPG"><img alt="点击看大图" src="https://static.assets-stash.eet-china.com/album/old-resources/2009/9/1/1adb27f7-0854-4734-998f-aa758211deec.JPG" width="520" height="319" /></a> 从上面可以看到，在一个温度下，由于器件参数分布的问题，出来的结果有变化，但是经过校验，把这些参数分布中一致变化的东西剔除掉，只留下和温度有关的值，结果误差就非常小了。 计算仅供参考。

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