ZHCACH5B october 2022 – march 2023 OPA2991 , TLC2654 , TLC4502 , TLE2021 , TLV2721
VOS 影響運算放大器電路在交流耦合和直流耦合電路中的信號調(diào)節(jié)能力。圖 6-2 所示為交流耦合反相運算放大器。電容器 C1 與上一級的輸入進(jìn)行交流耦合,而電容器 C2 將輸出交流耦合至負(fù)載。因此,C1 可防止任何直流電流流經(jīng) RF 和 RG(偏置電流除外),C2 可防止任何直流電流流入負(fù)載。VOS 出現(xiàn)在輸入端。因為沒有直流電流,放大器處于單位增益狀態(tài),輸出與反相輸入處于相同電位。即使輸出未進(jìn)行直流耦合(不存在 C2),情況也是如此,因為 VOS 不會出現(xiàn)在 RG 上。電容器還起到了在電路中建立一些濾波的作用。
當(dāng) C1 從電路中移除時,放大器直流耦合至信號源。許多傳感器都是這種情況,例如溫度傳感器、應(yīng)變計以及 DAC。對于傳感器輸出電壓、電流或電阻,后兩種輸出需要轉(zhuǎn)換為電壓。此類應(yīng)用需要直流轉(zhuǎn)換,其中 VOS 和溫漂對精度起著重要作用。移除 C1 后,運算放大器的 VOS 與電路的同相增益 (1 + RF/RG) 相乘,并與信號增益 (-RF/RG) 相乘的源的任何直流失調(diào)電壓相加。最壞的情況是兩個失調(diào)電壓加在一起。如果電路的增益很大,要么動態(tài)范圍大幅縮小,要么輸出就會飽和。如果還移除了 C2,負(fù)載現(xiàn)在會施加直流失調(diào)電壓,從而使情況惡化。
音頻功率放大器在輸入端使用交流耦合,從而防止輸入信號的任何直流電壓分量增加到音頻電路的直流電平中(通常設(shè)置為電源的中軌以獲得最大動態(tài)范圍)。對于耳機(jī)等單端負(fù)載,輸出為交流耦合,從而防止揚聲器兩端的任何直流電壓下降,這可能會損壞揚聲器。
VOS 也會縮小 ADC 的動態(tài)范圍。動態(tài)范圍的損耗會影響 ADC 電路的分辨率,因為最大分辨率需要最大動態(tài)范圍。表 6-2 顯示了不同輸入電壓范圍下最低有效位 (LSB) 的分辨率。通常,可以選擇 VOS 足夠低的運算放大器來滿足所需的分辨率。對于 8 位或 10 位轉(zhuǎn)換器來說,很容易找到符合 VOS 規(guī)范的運算放大器,但隨著分辨率的提高,要想找到符合要求的運算放大器則變得越來越困難。高速、低壓采集電路可能需要在運算放大器輸入端進(jìn)行交流耦合,從而消除前幾級的失調(diào)電壓影響。另一種方法是在 ADC 輸入之前對運算放大器輸出進(jìn)行交流耦合,從而消除直流分量,特別是當(dāng) VOS 高于所需值時(請參閱適合所有人的運算放大器)。對于高速運算放大器尤其如此,它們通常具有高 VOS。給定 VOS 引入的誤差位數(shù)由位數(shù)給出,等于 ACLVIO/LSB,其中 ACL 為閉環(huán)增益,LSB 由 V(滿量程)/2N 得出,是 ADC 的最低有效位。
| 位數(shù) | 代碼數(shù) | LSB 值 | ||
|---|---|---|---|---|
| 2.7V | 5V | 10V | ||
| 8 | 256 | 10.55mV | 19.53mV | 39.06mV |
| 10 | 1024 | 2.64mV | 4.88mV | 9.76mV |
| 12 | 4096 | 659.18μV | 1.22mV | 2.44mV |
| 14 | 16,384 | 164.79μV | 305.18μV | 610.35μV |
| 16 | 65,536 | 41.20μV | 76.29μV | 152.59μV |
| 18 | 262,144 | 10.30μV | 19.07μV | 38.15μV |
| 20 | 1,048,576 | 2.57μV | 4.77μV | 9.54μV |
高速放大器電路通常使用輸入和輸出的交流耦合來更大限度地減小 VOS 幅度,特別是在具有高增益的電路中。當(dāng)無法進(jìn)行交流耦合或由于某種原因交流耦合不可行時,可以采用直流反饋或具有校準(zhǔn)功能的運算放大器來降低 VOS。