輸入偏移電壓(V O )的運(yùn)算放大器(OPAMP)被建模為直流誤差源,就像電壓源在非逆變輸入上的作用。小輸入信號(hào)對(duì)高增益電路具有顯著的誤差.

圖1 用一個(gè)45MV輸入信號(hào)和一個(gè)1MV的增益表示100V/V的操作放大器 O .偏移信號(hào)直接增加輸入信號(hào),引入2.22%的誤差.您可以通過選擇具有更好的偏移規(guī)格的操作放大器,或者通過實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)過程來減少這個(gè)錯(cuò)誤。

圖1 偏移電壓表示轉(zhuǎn)化為測(cè)量誤差.

校正將兩種不同的校準(zhǔn)信號(hào)應(yīng)用于OP放大器并測(cè)量其響應(yīng)。然后,您可以使用測(cè)量做直線曲線適合的傳遞函數(shù),并使用數(shù)學(xué)模型糾正增益和偏移誤差的操作放大器。這一方法甚至還適用于一個(gè)復(fù)雜的模擬系統(tǒng),包括多個(gè)OP安培和一個(gè)類似數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。

圖2 方程1,2,3和4說明了一個(gè)簡(jiǎn)單的兩點(diǎn)校準(zhǔn)例子,使用的電阻不匹配0.1%。該方法除了對(duì)偏置進(jìn)行修正外,還可以糾正電阻公差引起的增益誤差.

圖2 兩點(diǎn)校準(zhǔn)示例使用的電阻不匹配0.1%。

公式1 展示標(biāo)定線性系統(tǒng)時(shí)使用的一般直線方程。 公式2 和 公式3 顯示增益和偏移校正系數(shù)的計(jì)算.注意,增益的理想值是2.0V/V,但由于電阻的公差,測(cè)量值是200088V/V。

同時(shí),理想的偏移量為0V,但偏移量的計(jì)算是31.25VV. 等于4 說明如何使用校準(zhǔn)系數(shù)修正增益和偏移誤差,以確定更精確的V值.

如上面的例子所示,OP放大器增益誤差主要是由設(shè)置放大器增益(G=射頻/RG+1)時(shí)使用的電阻公差引起的。公差0.1%適用于標(biāo)準(zhǔn)的室溫溫度值,因此,一個(gè)單一的校準(zhǔn)可以最小化室溫增益誤差。然而,如果不增加額外的溫度校準(zhǔn)步驟,就不可能校準(zhǔn)增益誤差漂移(或增益誤差在溫度之間的變化)。

由反饋電阻溫度系數(shù)不匹配引起的誤差漂移。因此,電阻分頻器網(wǎng)絡(luò)可以最小化增益誤差漂移,因?yàn)閮?nèi)部電阻的溫度系數(shù)匹配。

舉個(gè)例子?RES11A 電阻分頻器網(wǎng)絡(luò)的最大增益誤差為~0.05%,最大增益漂移誤差為~2m/℃。在許多情況下,使用這種精度水平的電阻可以消除校準(zhǔn)的需要,這可以減少測(cè)試的復(fù)雜性。

偏移校正過程的一個(gè)局限性是,有許多系統(tǒng)變量可以影響V值 O .在校準(zhǔn)中常常很難或不可能考慮到這些副作用。例如,溫度變化會(huì)影響到V O .

從技術(shù)上講,你可以監(jiān)控溫度并修正改變電源電壓,但是從實(shí)際的角度來看,這樣做會(huì)使校準(zhǔn)過程復(fù)雜而昂貴。共模輸入電壓、電源電壓和開環(huán)增益均可產(chǎn)生額外的輸入偏置電壓。

這些參數(shù)在OP放大數(shù)據(jù)表中指定,這樣您就可以使用計(jì)算和模擬來估計(jì)預(yù)期誤差的范圍。

有一些高性能的設(shè)備,您可以在操作放大器選擇過程中選擇,以最小化這些錯(cuò)誤。例如,OPA189具有168db的典型共模排斥比(CMRR)。這個(gè)非常高的CMRR意味著一個(gè)在通用模式中的1-V的變化將引入一個(gè)4-NV的偏移變化。因此,對(duì)于這個(gè)設(shè)備,改變共模信號(hào)對(duì)V的影響幾乎可以忽略不計(jì)。 O .

一些錯(cuò)誤源可能產(chǎn)生額外的偏移,而這些偏移在OPAMP數(shù)據(jù)表中沒有指定,因?yàn)樗鼈兛蓺w因于多氯聯(lián)苯的設(shè)計(jì)或外部環(huán)境因素。例如,在印刷電路板上施加機(jī)械應(yīng)力,會(huì)引起操作放大器輸入偏置電壓的變化。環(huán)境因素產(chǎn)生額外偏移電壓的另一個(gè)例子是寄生熱電偶。

這些寄生熱電偶是由反饋網(wǎng)絡(luò)、輸入連接和多氯聯(lián)苯痕跡中使用的不同金屬引起的,當(dāng)多氯聯(lián)苯具有明顯的熱梯度或應(yīng)用非常敏感時(shí),這主要是一個(gè)問題。在熱梯度適中的環(huán)境中,熱電動(dòng)勢(shì)(EMF)將處于微伏范圍。

圖3 上圖說明了引入偏移電壓的誤差源.

校準(zhǔn)與否?

校正是一項(xiàng)技術(shù)和財(cái)務(wù)設(shè)計(jì)決定。在模擬系統(tǒng)需要自動(dòng)最終測(cè)試驗(yàn)證的情況下,校準(zhǔn)可以使用較低精度的組件,仍然可以獲得良好的精度。

在不需要自動(dòng)最后測(cè)試的情況下,增加校準(zhǔn)費(fèi)用可能很高,一個(gè)更好的辦法是使用精確的OP安培和電阻網(wǎng)絡(luò)減少總體誤差。

精確組件還有一個(gè)額外的好處,即最大限度地減少次級(jí)誤差源,如CMR、PSRR、A 在線語言 以及溫度的波動(dòng)。這些次級(jí)誤差源很難通過校準(zhǔn)消除.