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放大電路直流誤差的影響因素

冬至子 ? 來源:電子電路分析與設計 ? 作者:Xu.GD ? 2023-11-02 10:04 ? 次閱讀

如下圖所示,

圖片

下面我們一項一項來分析:

(1)Vos, 輸入失調電壓,要注意它的值會隨著溫度變化而產生很大的漂移。

(2)IB+, 同相端輸入偏置電流,它流過同向端等效阻抗,形成一個誤差電壓。

(3)IB-, 反相端輸入偏置電流,它流過反向端等效阻抗,形成一個誤差電壓。

不過輸入端阻抗RS+,RS-如何計算呢?請見下圖,可知輸入端阻抗為信號源內阻+輸入端比例電阻與反饋電阻的并聯(千萬不要忽略信號源電阻,因為我們時常選用高阻抗的傳感器做信號源)。

不過為什么為并聯,可以這樣理解:把信號源(電壓源)e1,e2等效為阻值為零的電阻,則RS2、RS1左端相當于直接接地。對于同相偏置電流IB+分別通過R3+RS2、R4流向參考地,因此RS+ = R4 || (R3 + RS2)。

同理,IB– 分別經過R2和R+RS1流向參考地(關于R2右端為什么可以等效為地,可以通過運放的低輸出阻抗特性來理解,則R2右端可以近似為接地),因此RS– = R2 || (R1 +RS1)。

圖片

(4)en, 等效輸入噪聲。這個值是由電壓噪聲,電流噪聲和電阻熱噪聲三者構成的,是所有噪聲等效到輸入端的值。具體請參照Art Kay的文章和本系列博文的part4。

(5)eo/A, 這個表達式,可能很多人沒有關注過,有這一項是因為運放的開環增益A不為0。這也就是為什么輸出值不同,從而引起的等效輸入誤差不同的原因。

(6)eicm/CMRR, 這個不用多說,輸入端的同模電壓除以共模抑制比。又有一點不好的地方,運放的CMRR是隨共模信號頻率的增加而下降的。好多運放的CMRR在共模信號到10KHz以上時,就比直流下降了幾十個dB!

(7)ΔVs/PSRR,電源電壓的變化引入的輸入誤差。類似的,PSRR在隨頻率的增高而下降。

看了這些,可能還會認為這些誤差還是很小的,在uV級,至多是mV級,不過不要忘了它還要乘上一個增益Gain。假如輸入誤差是100uV,增益為100倍,則輸出的誤差信號就是10mV。

如果還覺得沒什么,那再講一個經驗值吧,一個滿量程為5V的16位ADC的一個LSB約為75uV)。只要75uV的誤差就會引起ADC的一位的變化,假如放大電路的輸出誤差信號是1mV的話,這個信號給ADC,直接引起的誤差就是13個LSB以上。

通過上面的分析可知,我們在設計電路時,應該根據具體的應用場合,選擇合適的運放并盡量減小直流誤差。

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