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运放的输入失调电压 输入偏置电流和输入失调电流以及电阻匹配的作用之一

时间:2023-04-25 16:44:58

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运放的输入失调电压 输入偏置电流和输入失调电流以及电阻匹配的作用之一

理想的运放通常不考虑输入失调电压、输入偏置电流和输入失调电流等因素,然而在现实生活中,我们接触到的运放都不是理想的,即使是精密级的运放也同样存在输入失调电压、输入偏置电流和输入失调电流。

输入失调电压的定义

输入失调电压即运放输入端接地时其两个输入端仍然存在的电压Vos。它是任何一个运放都会存在的。这是运放的一个固有参数,它与输入偏置电流和输入失调电流一起影响了输出失调电压。

输入偏置电流(Input Bias Current)与输入失调电流(Input offset current)

实际运放除了输入失调电压之外,在正常工作时,其输入端始终存在不为0的静态电流。输入偏置电流也是不可消除的,这个电流给运放内部的二极管或场效应管提供了合适的静态工作点,通常来说由场效应管组成的运放其输入偏置电流会小很多。假设运放正输入端的偏置电流为IB+,负输入端的偏置电流为IB-,那么输入偏置电流IB=(IB+ + IB-)/2,即输入偏置电流是两者的平均值。与输入偏置电流不同,输入失调电流的定义为|IB+ - IB-|,即输入失调电流时两者的差值,没有正负之分。多数情况下,输入偏置电流和输入失调电流时一个数量级的。

输出失调电压与匹配电阻的作用

输入失调电压和输入偏置电流以及输入失调电流都是运放工作中的直流量,三者合并影响产生了输出失调电压。

图1

图1是一个输入接地的运放。通过叠加定理可以求得输出失调电压最终的表达式为:

一般来说,要尽可能降低输出失调电压,那么首先选择输入失调电压Vos、输入偏置电流IB都尽可能小的芯片,同时选择小的外部电阻。理论上,通过选取合适的Rmatch可以使得输出失调电压为0V,但通常来说不同的运放即使是同一个型号其参数也不尽相同,所以这无意义。但一个合适的Rmatch还是可以将电流的影响降到最小。只要将Rmatch的阻值调整至于RG||RF的阻值相等的话那么偏置电流的影响就可以被降到最小,从而使得输出失调电压的表达式近似等于:

在没有严格匹配外部电阻的情况下,输出失调电压的估算可以根据下式进行:

另外值得注意的是,在选择运放外部电阻时不宜太大,因为过大的电阻会导致回路电流变小,进而导致信号电流容易受到干扰引入更多的噪声。

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