詳細分析理解運算放大器輸入失調電壓-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2022-03-21
輸入失調電壓Vos(Voltage - Input Offset)，指的是為使運算放大器輸出端為0V所需加于兩輸入端間之補償電壓。理想之運算放大器其Vos應該為0V。
輸入失調電壓相當于加載輸入端的一個額外的電壓源。舉個例子：
如果閉環增益G=1（如下圖左邊）, 失調電壓Vos傳導到輸出端Vout = Vos
如果閉環增益G=1000（如下圖右邊），失調電壓Vos傳導到輸出端Vout = 1000Vos
圖1：不同閉環增益下的失調電壓Vos對于輸出電壓影響（圖片來源：TI）
所以，閉環增益越大，失調電壓對于輸出的影響越大。
除此之外，我們還要注意一點。失調電壓不是一直不變的，最大的失調電壓變化一般出現在輸出極值時。
為了保證失調電壓在可控范圍內，我們還要關注開環增益。我們在定義開環增益時，比如TI的TLV8542，我們會發現開環增益的工作條件分別在電源正軌道-0.6V，負軌道+0.6V定義。
圖2：TLV8542開環增益（圖片來源：TLV8542數據手冊）
如下圖，橫坐標輸出電壓Vout從負電源軌-Vs到正電源軌+Vs變化。藍線代表開環增益，開環增益會在接近電源正負軌時，我們可以看到急劇惡化。
所以對于開環增益的定義，很多廠商（比如TI）, 會在一個較大的輸出擺動范圍求其平均值，以實現良好的線性運行。比如選擇電源正軌道-0.6V，負軌道+0.6V來計算開環增益，如上圖紅線。
最大的失調電壓變化一般出現在輸出極值時，比如接近電源正負軌。在中間部分，增量開環增益較高，然后在輸出接近電源正負軌道附近的時候下降。如果將運算放大器推向其擺幅極限時（超負荷工作），失調電壓會更劇烈地上升。
讓我們來做一些具體的計算。如果直流開環增益為100dB，則相當于：
因此，每從中位電壓輸出擺動1V，輸入電壓必須改變10μV。可把它看作隨直流輸出電壓變化的失調電壓。輸出擺動9V，變化為90μV。
所以，為了保證失調電壓在可控范圍內，盡量不要讓放大器工作在超負荷工作，從而導致更大的失調電壓。
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