运放块输出失调电压消除,只需一个电阻

电源Fan 2021-02-20 00:00

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。



1-5
反向输入与同相输入


跟随器反相输入与同相输入的结果一样


以运放块LM709为例,参数:Vos=0.001v,Ibs=2e-7A,Ios=5e-8A,代入1-3关系式计算的Ro,


Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)= (1e-3)/[0.5(5e-8)+(2e-7)]=4.44444 K,


搭建电路如下,其结果与同相输入一样。



END

来源:

版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

推荐阅读

资深工程师分享7种常见二极管应用电路解析

34个动控制原理图,老电工看了都说好!

学EMC避不开的10大经典问题

电源Fan 了解行业动态,学习深度技术,观察微小事物——电源Fan,一个涨知识的公众号。
评论
  • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
    知白 2025-01-07 15:02 140浏览
  • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
    hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 102浏览
  • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
    GIRtina 2025-01-07 11:02 115浏览
  • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
    Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 92浏览
  •  在全球能源结构加速向清洁、可再生方向转型的今天,风力发电作为一种绿色能源,已成为各国新能源发展的重要组成部分。然而,风力发电系统在复杂的环境中长时间运行,对系统的安全性、稳定性和抗干扰能力提出了极高要求。光耦(光电耦合器)作为一种电气隔离与信号传输器件,凭借其优秀的隔离保护性能和信号传输能力,已成为风力发电系统中不可或缺的关键组件。 风力发电系统对隔离与控制的需求风力发电系统中,包括发电机、变流器、变压器和控制系统等多个部分,通常工作在高压、大功率的环境中。光耦在这里扮演了
    晶台光耦 2025-01-08 16:03 48浏览
  • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
    丙丁先生 2025-01-07 09:25 111浏览
  • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
    知白 2025-01-06 12:04 212浏览
  • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
    华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 195浏览
  • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
    GIRtina 2025-01-06 11:10 120浏览
  • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
    优思学院 2025-01-06 12:03 152浏览
  • 「他明明跟我同梯进来,为什么就是升得比我快?」许多人都有这样的疑问:明明就战绩也不比隔壁同事差,升迁之路却比别人苦。其实,之间的差异就在于「领导力」。並非必须当管理者才需要「领导力」,而是散发领导力特质的人,才更容易被晓明。许多领导力和特质,都可以通过努力和学习获得,因此就算不是天生的领导者,也能成为一个具备领导魅力的人,进而被老板看见,向你伸出升迁的橘子枝。领导力是什么?领导力是一种能力或特质,甚至可以说是一种「影响力」。好的领导者通常具备影响和鼓励他人的能力,并导引他们朝着共同的目标和愿景前
    优思学院 2025-01-08 14:54 51浏览
  • 故障现象一辆2017款东风风神AX7车,搭载DFMA14T发动机,累计行驶里程约为13.7万km。该车冷起动后怠速运转正常,热机后怠速运转不稳,组合仪表上的发动机转速表指针上下轻微抖动。 故障诊断 用故障检测仪检测,发动机控制单元中无故障代码存储;读取发动机数据流,发现进气歧管绝对压力波动明显,有时能达到69 kPa,明显偏高,推断可能的原因有:进气系统漏气;进气歧管绝对压力传感器信号失真;发动机机械故障。首先从节气门处打烟雾,没有发现进气管周围有漏气的地方;接着拔下进气管上的两个真空
    虹科Pico汽车示波器 2025-01-08 16:51 56浏览
  • 本文介绍编译Android13 ROOT权限固件的方法,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。关闭selinux修改此文件("+"号为修改内容)device/rockchip/common/BoardConfig.mkBOARD_BOOT_HEADER_VERSION ?= 2BOARD_MKBOOTIMG_ARGS :=BOARD_PREBUILT_DTB
    Industio_触觉智能 2025-01-08 00:06 84浏览
  • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
    华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 160浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦