運放電路的輸出失調(diào)計算
理想的運算放大器模型具有無限的增益、帶寬、輸入阻抗和輸出導納,以及幾乎為零的輸入失調(diào)電壓和偏置電流。但在運算放大器現(xiàn)實的工作環(huán)境中,偏離理想狀態(tài)是正常的,比如一個直流測量系統(tǒng),失調(diào)電壓的存在就不容忽視。運算放大器的失調(diào)電壓會引起直流信號輸出產(chǎn)生誤差,甚至減小輸出動態(tài)范圍。
理想運放的傳遞函數(shù)由等式y(tǒng) = A(V+ - V-)描述,其中y是輸出,A是增益,A→∞,V+和V-分別是運放正、負輸入端的電壓。
假設(shè)實際運放輸入/輸出傳輸特性為y = A(V+ - V- + e),其中e是理想運放的差分輸入誤差,可以計算出失調(diào)量。
該模型與實際運放中觀察到的結(jié)果一致:當輸入存在差異時(V+ ≠ V-),輸出為零;當V+ = V-時,實際運放產(chǎn)生非零輸出。
假設(shè)運放的函數(shù)模型為y = A(V+ - V- + e),其中e是輸入失調(diào)電壓,當用于負反饋配置時,我們得到:
或者,對于在負反饋配置中使用的任何運放,V+ - V- = - e(假設(shè)增益無限大)。
因此,分析理想運放電路時廣泛遵循的運放“黃金法則”需要做一些修改,以便包含表示輸入失調(diào)電壓存在的值e。
? 在采用負反饋配置運放的電路中,V- = V+ + e;
? 運放正極或負極輸入/輸出電流為零。
現(xiàn)在考慮圖1所示的電路拓撲結(jié)構(gòu)。原理圖拓撲結(jié)構(gòu)映射到圖2所示的電路,其電阻網(wǎng)絡(luò)分別由戴維南(Thevenin)等效電路(從端子向外看)替換為Vth+、Rth+和Vth-、Rth-。
圖1:負反饋運放電路的一般拓撲結(jié)構(gòu)。
運用黃金法則:
V? = V+ + e = Vth+ + e,因為V+ = Vth+。
在圖2中運放的負極端應用基爾霍夫電流定律,得出:
用Vth+、Vth-和e求解Vout,得到:
圖2:圖1所示的電路拓撲映射到該電路。
F(Vth+, Vth-, 0)僅僅是理想運放的輸出(即輸入失調(diào)電壓是零)。因此,輸出失調(diào)為:
我們將在廣泛使用的各種運放電路的輸出失調(diào)計算中應用上述導出公式。
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