運(yùn)算放大器不能調(diào)零的原因有哪些?
運(yùn)算放大器(Operational Amplifier,OPAMP)是一種常見(jiàn)的電子元器件,它以其高增益、穩(wěn)定性和精度,被廣泛應(yīng)用于模擬電路中。然而,在使用運(yùn)算放大器時(shí),我們經(jīng)常遇到一些問(wèn)題,其中之一就是難以在回路中實(shí)現(xiàn)0V的偏移或輸出。這個(gè)問(wèn)題是由運(yùn)算放大器自身的特性所導(dǎo)致的。
原理
運(yùn)算放大器的輸入端有兩個(gè),標(biāo)記為正輸入端和負(fù)輸入端,同時(shí)還有一個(gè)輸出端。
正輸入端和負(fù)輸入端之間有一個(gè)非常高的電阻,可以看成是一個(gè)開(kāi)路電路。當(dāng)沒(méi)有電壓施加在輸入端時(shí),輸出端會(huì)輸出一個(gè)幾乎為0的電壓信號(hào)。這個(gè)電壓信號(hào)可以看做是運(yùn)算放大器的偏移電壓(Offset Voltage),也就是一個(gè)由早期制造工藝、器件內(nèi)部材料、溫度變化和預(yù)扭(pre-tweak)等多種因素引起的穩(wěn)定不變的電壓偏移。
問(wèn)題
無(wú)法將運(yùn)算放大器的輸出調(diào)整為0V(或非常近似于0V)問(wèn)題,可以被分為兩類:偏移電壓和電阻問(wèn)題。
偏移電壓?jiǎn)栴}
運(yùn)算放大器的高放大倍率特性,以及它的偏移電壓通常在幾百微伏到幾毫伏之間,可以導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生微小的電壓信號(hào)。這個(gè)信號(hào)通常被稱為偏移電壓(Offset Voltage)。 并且它與實(shí)際輸出電壓是不同的。例如,一個(gè)典型的OPAMP 偏移電壓大約為2mV,這意味著輸出電壓必須達(dá)到至少2mV后才會(huì)在輸出端產(chǎn)生一個(gè)真正的電壓信號(hào)。由于系統(tǒng)中存在多個(gè)OPAMP以及其他電路元件,這種微小的電壓差異可能會(huì)被放大,導(dǎo)致不穩(wěn)定性和失效。
非反相運(yùn)放電路可以看做是輸入電信號(hào)乘上一個(gè)固定的放大倍數(shù),再經(jīng)過(guò)一個(gè)電壓跟隨器,并輸出到輸出端的電路。 由于輸入電信號(hào)的振蕩很小,所以由偏移電壓引起的輸出電壓畸變也應(yīng)該很小,但在這個(gè)電路中,由于輸入電阻已經(jīng)很高,偏移電壓已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的影響,并且輸出電壓與偏移電壓有很大差異。
電阻問(wèn)題
電阻問(wèn)題源于運(yùn)算放大器中的輸入電阻和輸出電阻。在實(shí)際應(yīng)用中,由于材料、工藝和質(zhì)量等方面的原因,這些電阻不可能是完全相同的,這就會(huì)導(dǎo)致輸出端的電壓無(wú)法調(diào)整到0V。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,通常需要使用電位器(Potentiometer)等特定元件來(lái)進(jìn)行調(diào)整,以解決這種問(wèn)題。
應(yīng)對(duì)策略
為了解決上述問(wèn)題,可以采用以下幾種策略:
1. 使用更好的電路
在設(shè)計(jì)電路時(shí),應(yīng)盡可能使用符合精度和可靠性標(biāo)準(zhǔn)的元件,并采用適當(dāng)?shù)牟季趾凸に嚕越档碗娐分械钠齐妷汉碗娮?。例如,采用更高質(zhì)量的運(yùn)算放大器、處理器和濾波電路等。
2. 調(diào)整偏移電壓
使用可調(diào)節(jié)的電位器調(diào)整偏移電壓,這樣就可以將輸出端的電壓調(diào)整為0V。需要注意的是,由于運(yùn)算放大器在生產(chǎn)過(guò)程中已經(jīng)調(diào)整了單片偏移電壓,所以通常只需要進(jìn)行小的微調(diào)即可。
3. 數(shù)字校準(zhǔn)
將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),在數(shù)字系統(tǒng)中偏移電壓可以通過(guò)校準(zhǔn)或者加補(bǔ)償量的方法來(lái)解決,這種方法可以大大提高精度和可靠性,但相應(yīng)的成本也較高。
4. 取消增益
如果電路中需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大,則取消這個(gè)功能。例如,在四個(gè)運(yùn)算放大器中,兩個(gè)電路可以簡(jiǎn)單到將反饋路徑置于電阻上,從而取消增益,不同的電阻值可以用來(lái)表示不同的增益。
總結(jié)
在設(shè)計(jì)電路時(shí),應(yīng)注意運(yùn)算放大器的偏移電壓和電阻問(wèn)題,可以采用更好的電路、調(diào)整偏移電壓、進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)或取消增益等方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,從而提高電路的精度和可靠性。通過(guò)以上方法不僅可以避免運(yùn)算放大器調(diào)零問(wèn)題,還可以提高運(yùn)算放大器的性能和可靠性,從而為現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展提供更加可靠和高效的解決方案。
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