輸入偏移電壓(V O )的運算放大器(OPAMP)被建模為直流誤差源,就像電壓源在非逆變輸入上的作用。小輸入信號對高增益電路具有顯著的誤差.

圖1 用一個45MV輸入信號和一個1MV的增益表示100V/V的操作放大器 O .偏移信號直接增加輸入信號,引入2.22%的誤差.您可以通過選擇具有更好的偏移規(guī)格的操作放大器,或者通過實現(xiàn)校準過程來減少這個錯誤。

圖1 偏移電壓表示轉(zhuǎn)化為測量誤差.

校正將兩種不同的校準信號應用于OP放大器并測量其響應。然后,您可以使用測量做直線曲線適合的傳遞函數(shù),并使用數(shù)學模型糾正增益和偏移誤差的操作放大器。這一方法甚至還適用于一個復雜的模擬系統(tǒng),包括多個OP安培和一個類似數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)。

圖2 方程1,2,3和4說明了一個簡單的兩點校準例子,使用的電阻不匹配0.1%。該方法除了對偏置進行修正外,還可以糾正電阻公差引起的增益誤差.

圖2 兩點校準示例使用的電阻不匹配0.1%。

公式1 展示標定線性系統(tǒng)時使用的一般直線方程。 公式2 和 公式3 顯示增益和偏移校正系數(shù)的計算.注意,增益的理想值是2.0V/V,但由于電阻的公差,測量值是200088V/V。

同時,理想的偏移量為0V,但偏移量的計算是31.25VV. 等于4 說明如何使用校準系數(shù)修正增益和偏移誤差,以確定更精確的V值.

如上面的例子所示,OP放大器增益誤差主要是由設置放大器增益(G=射頻/RG+1)時使用的電阻公差引起的。公差0.1%適用于標準的室溫溫度值,因此,一個單一的校準可以最小化室溫增益誤差。然而,如果不增加額外的溫度校準步驟,就不可能校準增益誤差漂移(或增益誤差在溫度之間的變化)。

由反饋電阻溫度系數(shù)不匹配引起的誤差漂移。因此,電阻分頻器網(wǎng)絡可以最小化增益誤差漂移,因為內(nèi)部電阻的溫度系數(shù)匹配。

舉個例子?RES11A 電阻分頻器網(wǎng)絡的最大增益誤差為~0.05%,最大增益漂移誤差為~2m/℃。在許多情況下,使用這種精度水平的電阻可以消除校準的需要,這可以減少測試的復雜性。

偏移校正過程的一個局限性是,有許多系統(tǒng)變量可以影響V值 O .在校準中常常很難或不可能考慮到這些副作用。例如,溫度變化會影響到V O .

從技術(shù)上講,你可以監(jiān)控溫度并修正改變電源電壓,但是從實際的角度來看,這樣做會使校準過程復雜而昂貴。共模輸入電壓、電源電壓和開環(huán)增益均可產(chǎn)生額外的輸入偏置電壓。

這些參數(shù)在OP放大數(shù)據(jù)表中指定,這樣您就可以使用計算和模擬來估計預期誤差的范圍。

有一些高性能的設備,您可以在操作放大器選擇過程中選擇,以最小化這些錯誤。例如,OPA189具有168db的典型共模排斥比(CMRR)。這個非常高的CMRR意味著一個在通用模式中的1-V的變化將引入一個4-NV的偏移變化。因此,對于這個設備,改變共模信號對V的影響幾乎可以忽略不計。 O .

一些錯誤源可能產(chǎn)生額外的偏移,而這些偏移在OPAMP數(shù)據(jù)表中沒有指定,因為它們可歸因于多氯聯(lián)苯的設計或外部環(huán)境因素。例如,在印刷電路板上施加機械應力,會引起操作放大器輸入偏置電壓的變化。環(huán)境因素產(chǎn)生額外偏移電壓的另一個例子是寄生熱電偶。

這些寄生熱電偶是由反饋網(wǎng)絡、輸入連接和多氯聯(lián)苯痕跡中使用的不同金屬引起的,當多氯聯(lián)苯具有明顯的熱梯度或應用非常敏感時,這主要是一個問題。在熱梯度適中的環(huán)境中,熱電動勢(EMF)將處于微伏范圍。

圖3 上圖說明了引入偏移電壓的誤差源.

校準與否?

校正是一項技術(shù)和財務設計決定。在模擬系統(tǒng)需要自動最終測試驗證的情況下,校準可以使用較低精度的組件,仍然可以獲得良好的精度。

在不需要自動最后測試的情況下,增加校準費用可能很高,一個更好的辦法是使用精確的OP安培和電阻網(wǎng)絡減少總體誤差。

精確組件還有一個額外的好處,即最大限度地減少次級誤差源,如CMR、PSRR、A 在線語言 以及溫度的波動。這些次級誤差源很難通過校準消除.