靜態(tài)參數(shù)-輸入失調(diào)電壓

| 預(yù)告 |

對(duì)于運(yùn)放的認(rèn)知，初學(xué)者可能只記得虛短虛斷、輸入阻抗/開環(huán)增益無窮大，但是若要設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)良的放大器，熟悉運(yùn)放其他一些參數(shù)指標(biāo)必不可少。

這些參數(shù)可分成兩大類：靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。靜態(tài)參數(shù)主要描述運(yùn)放的時(shí)域特性，而動(dòng)態(tài)參數(shù)更多描述的是頻域上的，或者與頻率和一些統(tǒng)計(jì)規(guī)律有關(guān)，這些將會(huì)慢慢分享給大家。

| 先看一個(gè)輸入電壓為0的跟隨器 |

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們知道跟隨器的輸出電壓與輸入電壓相等，但上圖的跟隨器輸入電壓為0輸出電壓卻為30.59uV，為什么輸出不為0呢？事實(shí)上，實(shí)際運(yùn)放的兩個(gè)輸入端不能做到真正的完美匹配，當(dāng)運(yùn)放在對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算時(shí)總會(huì)引入誤差，這就是我們要說的輸入失調(diào)電壓。

| 什么是輸入失調(diào)電壓？ |

◆ 輸入失調(diào)電壓的定義： 為了使運(yùn)放的輸出電壓等于0，須在運(yùn)放的兩個(gè)輸入端加入一個(gè)小電壓，這個(gè)小電壓就叫輸入失調(diào)電壓 VOS （Input Offset Voltage），我們有時(shí)候?yàn)榱朔奖銜?huì)直接叫失調(diào)電壓。

◆ 為什么叫輸入失調(diào)電壓而不叫輸出失調(diào)電壓？ 對(duì)于理想運(yùn)放來說，當(dāng)運(yùn)放兩端的輸入電壓相等時(shí)輸出電壓為0，但是在實(shí)際的運(yùn)放當(dāng)中，輸出電壓不為0，它要么是電源正軌要么是電源負(fù)軌，甚至出現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)的情況。所以輸出失調(diào)電壓的叫法不能表征運(yùn)放這一特性，我們總不能把電源正軌或者負(fù)軌電壓叫做失調(diào)電壓。

◆ 輸入失調(diào)電壓可正可負(fù)。

◆ 輸入失調(diào)電壓是運(yùn)放內(nèi)部兩個(gè)輸入端的晶體管失配造成的。

| 輸入失調(diào)電壓如何折算 |

為了更好地分析VOS對(duì)放大器輸出的影響，下面將它進(jìn)行一個(gè)抽象表示如圖-1。

· 圖-1 ·

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如上圖，我們將VOS等效成一個(gè)電壓源，它與輸入電壓串聯(lián)。通過虛短虛斷或者類比很容易得到最終該同相放大器的增益公式，如公式-1所示。

· 公式-1 ·

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| 仿真驗(yàn)證 |

從OP07E的手冊(cè)或者 Spice Model 可以看到OP07E的VOS=30uV，如圖-2。

· 圖-2 ·

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· 仿真結(jié)果 ·

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從仿真結(jié)果來看，會(huì)發(fā)現(xiàn)運(yùn)放輸出電壓并不等于30uV。這里要說明一下，上圖并不是嚴(yán)格測量VOS的電路，因?yàn)檫@個(gè)電路并不符合VOS的定義，這里只是為了說明問題，測量方法會(huì)在以后分享。

此外，運(yùn)放的固有靜態(tài)參數(shù)不單單只有VOS會(huì)影響其輸出，比如PSRR、CMRR也會(huì)影響。

| 輸入失調(diào)電壓的溫漂TC |

半導(dǎo)體器件總是受溫度影響，而運(yùn)放的VOS是受溫度影響較大的一個(gè)參數(shù)。IC廠商測量VOS溫漂的方法就是在不同的溫度下測VOS，然后再對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，如公式-2。

· 公式-2·

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| 溫漂TC計(jì)算示例 |

如上圖，在25℃下，VOS=45uV，假如運(yùn)放工作在75℃下，則最終VOS產(chǎn)生的偏差為：

所以最終運(yùn)放的輸入信號(hào)相當(dāng)于原來的輸入信號(hào)再加上一個(gè)60uV的直流信號(hào)。