运放失调电压定义

定义:1、 在运放开环使用时, 加载在两个输入端之间的直流电压使得放大器直流输出电
压为 0。
2、也可定义为当运放接成跟随器且正输入端接地时,输出存在的非 0 电压。

优劣范围: 1µV 以下,属于极优秀的。 100µV 以下的属于较好的。最大的有几十mV。

理解: 任何一个放大器,无论开环连接或者反馈连接,当两个输入端都接地时, 理论上输出应该为 0,
但运放内部两输入支路无法做到完全平衡,导致输出永远不会是 0。 此时保持放大器负输入端
不变,而在正输入端施加一个可调的直流电压,调节它直到输出直流电压变为 0V,此时正输入
端施加的电压的负值即为输入失调电压,用 VOS 表示。 但是,多 数情况下,输入失调电压不
分正 负, 生产厂家会以绝对值表示。

任何一个实际运放都可理解为正端内部串联了一个 VOS,然后进入一个理想运放,如 图 2-1 所示。如左 图,正端引入一个-VOS,则输出为 0,符合标准定义。如右图,跟随器正端接地,实际输出即为 VOS,也符合标准定义。

失调电压的后果以及对策

后果:当一个放大器被设计成 AF倍闭环电压增益(同相输入放大增益,也称噪声增
益) 时,如果放大器的失调电压为 VOS,则放大电路 0 输入时,输出存在一个等于 AFVOS
的直流电平,此输出被称为输出失调电压。 闭环增益越大,则输出失调电压也越大。

对策:如果被测信号包含直流量且你关心这个直流量,就必须选择 VOS远小于被测直
流量的放大器,或者通过运放的调零措施消除这个影响。如果你仅关心被测信号中的交变
成分,你可以在输入端和输出端增加交流耦合电路,将其消除。

实际运放的失调电压

OPA2364(轨到轨) 是我用过的一款普通运放,它的相关参数如下图所示:
可以看出官方手册上给出的输入失调电压为500uv,拿上面的优劣范围来评判的话,这款片子的失调电压是偏大的。

下面我们用Tina来按照失调电压的定义来看下OPA2364的失调电压,由于没找到OPA2364的仿真模型,我们就用OPA2363来进行仿真,来验证下它的失调电压是否为500uV。看图:
1、这种电路是采用定义中的第二种方式来测试的。但是测试出来的数据跟实际很不符,输出值为6.11mV。
我暂时也没该明白是怎么回事。(莫不是不能以这种方式来测量失调电压,哈哈!有待商榷)

2、直接将同相端,反相端同时接地,再来看看输出,如图;
会看到,输出为4.99V,输入端没有信号输入,为啥还有电压输出呢?这是为什么呢?
这一切还是输入失调电压搞得轨,输入失调电压经过运放的开环放大(开环增益:上万倍)后输出已经饱和,同时OPA2363为轨到轨(或轨至轨)运放,所以输出电压能达到电源轨(电源电压)。

但如果使用的运放不是轨到轨,那么输出电压饱和时,离电源电压还是有一小段距离,我们那最普通的运放LM358,LM358不是轨到轨,所以即使输出端饱和,电压也无法达到电源电压5V,而只有3.92V。

3、我们采用放大直流电平的方式来看下是失调电压对输出的影响。看图:
这个例子使用的接法是差分的方式,就是对同相输入端的信号和反相输入端的是信号做差,然后放大一定的倍数,这里是500倍,同相端信号输入为15mV 反相端输入为10mV,差值为5mV 放大500倍应该是500*0.005=2.5V。看下仿真,输出为2.75V, 为什么呢?
这是因为,放大输入信号的同时,输入失调电压也被放大了。
输入失调电压为500uV 放大500倍刚好是0.25V = 2.75- 2.5

输入失调电压每个非理想运放都存在的,不过好一点的运放,失调电压比较小。
说到理想运放,我们来看看它的失调电压。
同样的电路,换成了理想运放,输出就是准确的2.5V,符合理论值。

在来看看用定义的方式看看理想运放的失调电压:显示为0V,说明理想运放的失调电压为0V