在運(yùn)放的應(yīng)用中，不可避免的會(huì)碰到運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓Vos問題，尤其對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)，由于輸入失調(diào)電壓Vos的存在，放大電路的輸出端總會(huì)疊加我們不期望的誤差。舉個(gè)簡(jiǎn)單，老套，而經(jīng)典的例子，由于輸入失調(diào)電壓的存在，會(huì)讓我們的電子秤在沒經(jīng)調(diào)校時(shí)，還沒放東西，就會(huì)有重量顯示。我們總不希望，買到的重量與實(shí)際重有差異吧，買蘋果差點(diǎn)還沒什么，要是買白金戒指時(shí)，差一克可是不少的money哦。下面介紹一下運(yùn)放的失調(diào)電壓，以及它的計(jì)算。最后再介紹一些TI的低輸入失調(diào)電壓運(yùn)放。不足之處，多多拍磚。
理想情況下，當(dāng)運(yùn)放兩個(gè)輸入端的輸入電壓相同時(shí)，運(yùn)放的輸出電壓應(yīng)為0V，但實(shí)際情況確是，即使兩輸入端的電壓相同，放大電路也會(huì)有一個(gè)小的電壓輸出。如下圖，這就是由運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓引起的。
當(dāng)然嚴(yán)格的定義應(yīng)為，為了使運(yùn)放的輸出電壓等于0，必需在運(yùn)放兩個(gè)輸入端加一個(gè)小的電壓。這個(gè)需要加的小電壓即為輸入失調(diào)電壓Vos。注意，是為了使出電壓為0，而加的輸入電壓，而不是輸入相同時(shí)，輸出失調(diào)電壓除以增益（微小區(qū)別）。
運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓來源于運(yùn)放差分輸入級(jí)兩個(gè)管子的不匹配。如下圖。受工藝水平的限制，這個(gè)不匹配是不可避免的。差分輸入級(jí)的不匹配是個(gè)壞孩子，它還會(huì)引起很多其他的問題，以后介紹。
曾經(jīng)請(qǐng)教過資深的運(yùn)放設(shè)計(jì)工程師，據(jù)他講，兩個(gè)管子的匹配度在一定范圍內(nèi)是與管子的面積的平方根成正比，也就是說匹配度提高為原來的兩倍。面積要增加四倍，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個(gè)水平時(shí)，即使再增加面積也不會(huì)提高匹配度了。提高面積是要增加IC的成本的哦。所在有一個(gè)常被使用的辦法，就是在運(yùn)放生產(chǎn)出來后，進(jìn)行測(cè)試，然后再Trim(可以理解為調(diào)校了)。這樣就能使運(yùn)放的精度大在提高。當(dāng)然，測(cè)試和Trim都是需要成本的哦。所以精密運(yùn)放的價(jià)格都比較貴。這段只當(dāng)閑聊，呵呵。
我們關(guān)注輸入失調(diào)電壓，是因?yàn)樗麜?huì)給放大電路帶來誤差。下面就要分析它帶來的誤差。在計(jì)算之前，我們?cè)僬J(rèn)識(shí)一個(gè)讓我們不太爽的參數(shù)，失調(diào)電壓的溫漂，也就是說，上面提到的輸入失調(diào)電壓會(huì)隨著溫度的變化而變化。而我們的實(shí)際電路的應(yīng)用環(huán)境溫度總是變化的，這又給我們帶來了棘手的問題。下表就是在OPA376 datasheet上截取下來的參數(shù)。它溫漂最大值為1uV/℃(-40℃to 85℃)。一大批運(yùn)放的Vos是符合正態(tài)分布的，因此datasheet一般還會(huì)給出offset分布的直方圖。
當(dāng)溫度變化時(shí)，輸入失調(diào)電壓溫漂的定義為：
剛忘記了另一個(gè)重要的參數(shù)，就是運(yùn)放輸入失調(diào)電壓的長(zhǎng)期漂移，一般會(huì)給出類似uV/1000hours或uV/moth等。有些datasheet會(huì)給出這一參數(shù)。
下面舉例計(jì)算一下OPA376，在85℃時(shí)的最大失調(diào)電壓，主要是兩部分，一部分是25度時(shí)的輸入失調(diào)電壓，另一部分是溫度變化引起的失調(diào)電壓漂移。
具體步聚如下圖。從結(jié)果來看似1uV/℃溫漂，在乘上溫度變化時(shí)，就成為了誤差的主導(dǎo)。因此，如果設(shè)計(jì)的電路在寬的溫度范圍下應(yīng)用，需在特別關(guān)注溫漂。
Vos(85℃)= 25uV+60uV=85uV.
如果放大電路的Gain改為100,則最大輸出失調(diào)電壓就為8.5mV。這是最差的情況。
關(guān)于輸入失調(diào)電壓的測(cè)試在"運(yùn)放參數(shù)的詳細(xì)解釋和分析-part2，如何測(cè)量輸入偏置電流Ib，失調(diào)電流Ios"中有介紹，感興趣的話，可以去看看。還有簡(jiǎn)單的測(cè)試方法，如下圖：
Vos = Vout/1001
需要提醒的是，使用簡(jiǎn)易方法測(cè)試單電源運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓時(shí)，需要將輸入端短路并提供一個(gè)低噪聲的穩(wěn)定電壓偏置。如下圖。
TI的運(yùn)放水平在全球一直處于領(lǐng)選地位，下面列一些TI的低溫漂運(yùn)放，它們的最大漂移只有0.05uV/℃。輸入失調(diào)電壓Vio最大值只有5uV。