全差分运放失调电压

核心提示您要问的是全差分运放失调电压可以吗?可以。全差分运放失调电压,两输入两输出,其中Vcom为共模输入电压,可以作为输出的电平移位功能全差分运放,所以可以。全差分是一种应用在将单端信号转换为差分信号,或者将差分信号转换为差分信号的芯片。运放有哪

您要问的是全差分运放失调电压可以吗?可以。全差分运放失调电压,两输入两输出,其中Vcom为共模输入电压,可以作为输出的电平移位功能全差分运放,所以可以。全差分是一种应用在将单端信号转换为差分信号,或者将差分信号转换为差分信号的芯片。

运放有哪些重要的参数指标?

失调电压是运放的最重要参数之一,运放由众多的晶体管组成,由两路(目的在于设计一致)的晶体管组成第一级差分输入级;

差分,在于有差即有别,然而差别终在输出级体现,这是他的特性;

这样,我们就有一个要求,在输入级没有差别,即在输出也无差别,这是理想状态;

然而,生产工艺根本无法做到这一点,晶体管的参杂工艺参差不齐,导致晶体管参数各异,在相同的条件下,显示出来的电气特性各式各样,最终就有了失调电压之说。

事实上,集成电路设计师总是想尽方法减少这种差异,比如在一块相同的硅片上制作对称器件,在热导方面也尽量做到一致性等。

但是还是无法克服,于是在一些高精度场合,引出了专门调节这个电压的调整端,以满足应用要求。

 

运放可以这么求失调电压吗

运放的主要参数集成运放的参数较多,其中主要参数分为直流指标和交流指标。

1、直流指标又分为:

(1)输入失调电压VIO:输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时,两个 输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入失调电压在±1~10mV之间;采用场效应管做输入级的,输入失调电压会更大一些。对于精密运放,输入失调电压一般在 1mV以下。输入失调电压越小,直流放大时中间零点偏移越小,越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。

(2)输入失调电压的温度漂移(简称输入失调电压温漂)αVIO:输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内, 输入失调电压的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电压的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在±10~20μV/℃之间,精密运放的输入失调电压温漂小于±1μV/℃。

(3)输入偏置电流IIB:输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其 两输入端的偏置电流平均值。输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系,其中双极型工艺(即上述的标准硅工艺)的输入偏置电流在±10nA~1μA之间;采用场效应管做输入级的,输入偏置电流一般低于1nA。

(4)输入失调电流IIO:输入失调电流定义为当运放的输出直流电压为零时,其 两输入端偏置电流的差值。输入失调电流同样反映了运放内部的电路对称性,对称性越好,输入失调电流越小。输入失调电流是运放的一个十分重要的指标,特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电流大约是输入偏置电流的百分之一到十分之一。输入失调电流对于小信号精密放大或是直流放大有重要影响,特别是运放 外部采用较大的电阻(例如10k或更大时),输入失调电流对精度的影响可能超过输入失调电压对精度的影响。输入失调电流越小,直流放大时中间零点偏移越 小,越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。

(5)输入失调电流的温度漂移(简称输入失调电流温漂):输入偏置电流的温度漂移定义为在给定的温度范围内, 输入失调电流的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电流的补充,便于计算在给定的工作范围内,放大电路由于温度变化造成的漂移大小。输入失调电流温漂一般只是在精密运放参数中给出,而且是在用以直流信号处理或是小信号处理时才需要关注。

(6)差模开环直流电压增益:差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时, 运放输出电压与差模电压输入电压的比值。由于差模开环直流电压增益很大,大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多,用数值直接表示不方便比较,所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的差模开环直流电压增益在 80~120dB之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数,为了便于比较,一般采用差模开环直流电压增益。

(7)共模抑制比:共模抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放差模增益与共模增益的比值。共模抑制比是一个极为重要的指标,它能够抑制差模输入==模干扰信 号。由于共模抑制比很大,大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多,用数值直接表示不方便比较,所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的共模抑制比在80~120dB之间。

(8)电源电压抑制比:电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时,运放输 入失调电压随电源电压的变化比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前电源电压抑制比只能做到80dB左右。所以用作直流信号处理或是小 信号处理模拟放大时,运放的电源需要作认真细致的处理。当然,共模抑制比高的运放,能够补偿一部分电源电压抑制比,另外在使用双电源供电时,正负电源的电源电压抑制比可能不相同。

(9)输出峰-峰值电压:输出峰-峰值电压定义为,当运放工作于线性区时,在指定的负载下,运放在当前大电源电压供电时,运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外,一般运放的输出输出峰-峰值电压大于±10V。一般运放的输出峰 -峰值电压不能达到电源电压,这是由于输出级设计造成的,现代部分低压运放的输出级做了特殊处理,使得在10k负载时,输出峰-峰值电压接近到电源电压 的50mV以内,所以称为满幅输出运放,又称为轨到轨(raid-to-raid)运放。需要注意的是,运放的输出峰-峰值电压与负载有关,负载不同,输 出峰-峰值电压也不同;运放的正负输出电压摆幅不一定相同。对于实际应用,输出峰- 峰值电压越接近电源电压越好,这样可以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压,而且成本较高。

(10)最大共模输入电压:最大共模输入电压定义为,当运放工作于线性区时,在 运放的共模抑制比特性显著变坏时的共模输入电压。一般定义为当共模抑制比下降6dB 是所对应的共模输入电压作为最大共模输入电压。最大共模输入电压限制了输入信号中的最大共模输入电压范围,在有干扰的情况下,需要在电路设计中注意这个问题。

(11)最大差模输入电压:最大差模输入电压定义为,运放两输入端允许加的最大输入电压差。当运放两输入端允许加的输入电压差超过最大差模输入电压时,可能造成运放输入级损坏。

2、主要交流指标包括:

(1)开环带宽:开环带宽定义为,将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得开环电压增益从运放的直流增益下降3db(或是相当于运放的直流增益的0707)所对应的信号频率。这用于很小信号处理。

(2)单位增益带宽GB:单位增益带宽定义为,运放的闭环增益为1倍条件下, 将一个恒幅正弦小信号输入到运放的输入端,从运放的输出端测得闭环电压增益下降3db(或是相当于运放输入信号的0707)所对应的信号频率。单位增益带宽是一个很重要的指标,对于正弦小信号放大时,单位增益带宽等于输入信号频率与该频率下的最大增益的乘积,换句话说,就是当知道要处理的信号频率和信号需要的增以后,可以计算出单位增益带宽,用以选择合适的运放。这用于小信号处理 中运放选型。

(3)转换速率(也称为压摆率)SR:运放转换速率定义为,运放接成闭环条件下,将一个大 信号(含阶跃信号)输入到运放的输入端,从运放的输出端测得运放的输出上升速率。由于在转换期间,运放的输入级处于开关状态,所以运放的反馈回路不起作用,也就是转换速率与闭环增益无关。转换速率对于大信号处理是一个很重要的指标,对于一般运放转换速率SR<=10V/μs,高速运放的转换速率 SR>10V/μs。目前的高速运放最高转换速率SR达到 6000V/μs。这用于大信号处理中运放选型。

(4)全功率带宽BW:全功率带宽定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益 为1倍条件下,将一个恒幅正弦大信号输入到运放的输入端,使运放输出幅度达到最大(允许一定失真)的信号频率。这个频率受到运放转换速率的限制。近似地,全功率带宽=转换速率/2πVop(Vop是运放的峰值输出幅度)。全功率带宽是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

(5)建立时间:建立时间定义为,在额定的负载时,运放的闭环增益为 1倍条件下,将一个阶跃大信号输入到运放的输入端,使运放输出由0增加到某一给定值的所需要的时间。由于是阶跃大信号输入,输出信号达到给定值后会出现一定抖动,这个抖动时间称为稳定时间。稳定时间+上升时间=建立时间。对于不同的输出精度,稳定时间有较大差别,精度越高,稳定时间越长。建立时间是一个很重要的指标,用于大信号处理中运放选型。

(6)等效输入噪声电压:等效输入噪声电压定义为,屏蔽良好、无信号输入的的运放,在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压。这个噪声电压折算到运放输入端时,就称为运放输入噪声电压(有时也用噪声电流表示)。对于宽带噪声,普通运放的输入噪声电压有效值约10~20μV。

(7)差模输入阻抗(也称为输入阻抗):差模输入阻抗定义为,运放工作在线性区时,两输入端 的电压变化量与对应的输入端电流变化量的比值。差模输入阻抗包括输入电阻和输入电容,在低频时仅指输入电阻。一般产品也仅仅给出输入电阻。采用双极型晶体管做输入级的运放的输入电阻不大于10兆欧;场效应管做输入级的运放的输入电阻一般大于109欧。

(8)共模输入阻抗:共模输入阻抗定义为,运放工作在输入信号时(即运放两输入端输入同一个信号),共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比。在低频情况下,它表现为共模电阻。通常,运放的共模输入阻抗比差模输入阻抗高很多,典型值在108欧以上。

(9)输出阻抗:输出阻抗定义为,运放工作在线性区时,在运放的输出端加信号电压,这个电压变化量与对应的电流变化量的比值。在低频时仅指运放的输出电阻。这个参数在开环测试。

选择运放主要看的参数设计者必须综合考虑设计目标的信号电平,闭环增益,要求精度,所需带宽,电路阻抗,环境条件及其他因素,并把设计要求的性能转换成运放的参数,建立各个参数的取值以及它们随温度、时间、电流电压等变化的范围。

运放的失调电压从哪来的

 项目这样的:温度电阻和一个高精度电阻分压,然后接模拟开关(adc通道数目不够,加个模拟开关复用)然后再电压跟随,再进AD采集。现在由于接了电压跟随,运放的失调电压手册上写了最大38mv。而我们要求能区分04mv的电压变化。(ADC24位的,分辨率足够小)

有以下几个疑问: 1、对于某个固定的运放,它的失调电压是不是固定的呢会随着我输入电压的变化而变化吗?

2、如果失调电压是固定,那么我三个高精度电阻串联分压,输入1/3VREF,输出是1/3VREF+失调电压。改变输入为2/3VREF,输出则为2/3VREF+失调电压。 分别得到的AD值相减,就可以求出失VREF和失调电压的ad值。每次采样得到的温度电阻分压ad值,减去失调电压的ad值,是不是就可以能区分04mv的电压变化了?

3、有什么比较简单的校准、校零的方式可用呢?如果用固定电压,然后通过mos管切换来实现校准和校零,我感觉和上面2的本质是一样的?

4、网络原因,不能发示意图了。谢谢大家了!

逐一回答如下:

1运放个体的失调电压是个定值,仅仅随温度而变化,跟输入电压无关;

2完全可以用软件的方式扣除失调电压的影响,通常都是用模拟开关切换不同的固定输入来求出差值,即失调电压了;

3软件校准的方式更好,硬件也可以校零,有些运放本身就提供校准失调电压的管脚,但是滑变电阻随时间还是有松动的,还会漂;

4明白楼主的设计意图    

——谢谢大神。后来想了下,电阻分压,用软件校准的前提是电阻精度足够高。如果电阻精度不高,会不会造成的误差比分辨率04mv,更大呢?参考电压25v,公司现有千分之一精度的电阻147k,用三个串联分压。还得考虑下这个问题。

——电阻的精度可以不高,但温漂要足够小,并且要线性好。固定误差很容 易用软件为修正。

这个回答很靠谱。

软件校准比较省钱。硬件校准,比如3个高精度电阻的费用远远高于运放的费用了,需要综合考虑。

这种方法,不靠谱,如果短时间可以,先调零,长期就不行,除非,定期测失调电压,如10S一次。

软件校零方式,你以为就是只出厂校准一次吗?如果那样处理写软件的工程师就可以炒掉了!

常识都是每次采样前都软件校零一次,这样才能扣掉温度带来的失调漂移!

速度慢,成本很高,模拟开关或信号继电器一大堆,UV 级用模拟开关是不适合的,看看HP台式机

失调电压达到38mV的运放配24bitADC基本白瞎了,12bit的都有点浪费了。

38mV失调的运放的失调漂移基本在5~10uV/℃,24bit的ADC的有效分辨率至少可以达到1uV。

——这个24位ADC是别的通道要求这么高分辨率的。所以就复用了。选用公司的现有的运放,价格都不太贵。不太想新增贵的运放。

对于直流信号而言,斩波OP是最佳的选择,不过,源电阻要足够小,因为输入电阻不高,也就是几百K但失调电压可以低到UV    

不觉得。斩波OP又会引入一堆问题。其实最简单的是用偏置电压只有uV量级的运放就行了。

但是,lz已经选择好了,那就没办法了。

哪有那么美的事。。。。。

做到20位以上,有非常大的难度,工业上只能做到16-18位,医疗级的可以20位,不下大成本根本不可能,不光是电路,还要散热通道,电源,阻容器件的温漂等原因。    

刚刚看了一下,uV量级的基本的确都是斩波OP    

失调电压仅仅就是教科书说灌输的一个错误观点而已。

事实上,真正的模拟电路的从业人员,都是从来不考虑失调电压的。

考虑失调电压的,一律都不是真正的模拟电路从业人员。

谢谢大家! 

如果电源电压变化,那么失调电压必然变化,但可以变化不大。

温度变化,失调电压也是可以变化。 

像运放这样的严重不对称电路,失调电压是用来维持直流工作点的存在的。

如果没有了失调电压,那么你的运放的直流工作点就不可能存在。

为什么会有“失调电压”的错误概念?

因为真正的模拟电路的设计者和从业人员,在80年前,当且仅当。

如今应该并非存在懂模拟电路的人士。

再次感谢大家1    

硬件也可以校零,有些运放本身就提供校准失调电压的管脚,但是滑变电阻随时间还是有松动的,还会漂

每块板每个OP都要调失调,不是很麻烦?

——所以还是软件方式简单些,硬件方式需要产线设立一个工位调整。

当然能用高精度运放更好

集成运算放大器性能参数测试,什么是失调?出现失调的原因是什么?

对于所贴出来的电路图,现在通过调节R5可以将这个失调电压调整到零伏左右,但是R5调节的比较多,已经从68调到100左右了,感觉前级差分电路已经很不对称了,这一现象能说明什么问题,是Q3与Q4的参数极不对称造成的么?

肯定不好啊,理想运放的假设就有输入失调电压为0。运放的放大电路中输入失调电压同样会被放大,会引入不希望的直流分量,如果是放大交流信号的话输出就会增加一个直流偏置,如果是放大直流信号的话,有用信号会和失调电压叠加在一起造成误差。同时失调电压过大的话也会加快运放的饱和。

 
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