运放块输出失调电压消除，只需一个电阻

时间：2021-02-23 09:59:26

关键字： Uos 电阻运放块

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[导读]输出失调电压和静态基极电流是运放块参数中的“坏孩子”，造成输出信号中轴偏离0轴的竖向失真，甚至饱和，制约弱信号放大电路的增益，现有的解决方案已经不少，但本仿真仅有一个电阻，让其缺点相克，就变成“好孩子”。

输出失调电压和静态基极电流是运放块参数中的“坏孩子”，造成输出信号中轴偏离0轴的竖向失真，甚至饱和，制约弱信号放大电路的增益，现有的解决方案已经不少，但本仿真仅有一个电阻，让其缺点相克，就变成“好孩子”。

运放块开环增益参数最大几十万的数量级，避免产生额外的误差；同时压摆率、增益带宽积参数与输入频率必须匹配，避免电路实际与计算参数不一致以及工作不稳定。默认单位：电压=V，电路=A，电阻=Ω。

几个概念存查，可略过：

运放块的开环增益A∝(Open-Loop Gain)

运放块在没有外接负反馈时的放大倍数。

输入失调电压Vos(Input Offset Voltage)

当输入端为0时，输出端Uo≠0，此存在电压称为输出失调电压(Output Offset Voltage，本帖简称Uos)，这是运放块内部因素造成的；Vos参数表示和量化这些因素，并非输入端真的存在此物理量。

输入偏置电流Ibs(Input Bias Current) 和输入失调电流Ios(Input Offset Current)也是推算出来的参数，不是真实存在的物理量。

当输入端为0时，运放块输入级差分管对自身存在的静态基极电流Ib1和Ib2之平均值称为输入偏置电流，即Ibs=(Ib1+Ib2)/2；它们之差称为输入失调电流，即Ios=|Ib1-Ib2|。

运放块跟随器Uos的消除

以下对各参数单独测试，避免它们交叉影响。

1-1

Uos和Vos的关系

测试HA-2540运放块跟随器

如下左电路(双电源+-15v省缺，下同)，运放块+输入端接地，电压为0，测得输出端Ua=Uos=0.008 (绿线)，按照放大电路输入信号幅度放大G倍等于输出信号幅度，即，Vos=Uos/G=0.008，查HA-2540参数Vos就是0.008，与测试一致。此法可以测量运放块未知的Vos参数。

如右电路+输入端接电源-0.008=-Vos，对应输出-0.008*G=-0.008与Uos相抵消，则输出端Ub=0 (蓝线)。

结论

Uos=Vos*G――――――(1-1)

在+输入端加一个-Vos电压，对应输出- Vos*G=-Uos，就抵消Uos，输出为0。

1-2

Uos和Ibs、Ios的关系

运放块输入级差分管自身具有的静态基极电流Ib1和Ib2，在外加接地电阻Ro产生的压降就给输入端加一电压，如果电阻值合适，对应输出的电压就抵消Uos。

如下电路，运放块参数Vos=0.001，Ibs=0，Ios=1e-6，U+接地时，Uo输出0.001v的Uos，如图左侧绿线；当Ro=2K时，Ios的压降U+=-0.001 (红线)，等于+输入端加一个-Vos电压，对应输出-Vos*G=-0.001抵消Uos，则Uo=0(右侧蓝线)。

上述运放块参数改为Ibs=1e-6而Ios=0，当Ro=1K时，Ibs压降U+=-0.001，也等于+输入端加一个-Vos电压，则Uo=0。

1-3

如何计算Ro电阻值

从1-2测试可知，同样标称电流的Ios和Ibs在同一电阻的压降不同，那是由于它们分别表示的静态基极电流不同，在+端的压降实际上是静态基极电流产生的。假设压降是-Ib1*Ro，参数Ios是Ib1和Ib2之和的绝对值，标称值的一半才是Ib1电流值，所以-Ib1*Ro=-0.5Ios*Ro；而Ibs参数是Ib1和Ib2的平均值，故-Ib1*Ro=-Ibs*Ro。由于说明书没有提供Ib1和Ib2数据，分析计算时就直接采用相关的Ios和Ibs参数，不必去推算出Ib1和Ib2。

Ios和Ibs在+端压降之和为-0.5Ro*Ios+(-Ro*Ibs)，如果等于-Vos，即-Ro(0.5Ios+Ibs)=-Vos，对应输出-Ro(0.5Ios+Ibs)G就可以消除Uos。整理移项得计算Ro关系式：

Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)――――――(1-3)

从关系式可知，分子项与分母项的数量级相差太大或太小，Ro准确取值难度就大，影响Uos消除精度。

以HA-2540运放块为例仿真验证，

HA-2540参数：Vos=0.008v，Ibs=5e-6A，Ios=1e-6A，代入1-3关系式，

Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)=(8e-3)/[ 0.5(1e-6) + (5e-6)]=1.4545K，搭建跟随器，

如果8uv的弱调幅波Ui(红线)直接输入，Uos没有消除，8mv直流分量的复合信号Ua (绿线)，无法辨认调幅波分量。

而调幅波经Ro输入(效果与接地一样)，消除了Uos，输出1:1的波形Ub(蓝线)与Ui的中轴重叠(波形图故意错开，才能看清)。

1-4

若运放块参数值...

如果运放块参数Ios=Ibs=0，在Ro无压降。1-3式中分母=0无意义，公式不适用。实际上运放块总是有静态基极电流。

用两个参数一样的运放块接成图a的电路，可以适用于任何参数的运放块跟随器消除输出失调电压。虽然多用一个运放块，但是不用计算。