运放失调电压自动补偿设计与实现

　　运放的失调电压是什么？

　　当运放两输入为零时，输出都有一定数值，即失调电压Vos。将失调电压除以噪声增益得到输入失调电压，它被等效为一个与运放反向输入端串联的电压源，要对放大器两输入端施加差分电压以产生零输出，并且失调电压会随温度变化而改变，即所说的漂移。注意失调电压与基线漂移的区别。

　　在运放的应用中，不可避免的会碰到运放的输入失调电压Vos问题，尤其对直流信号进行放大时，由于输入失调电压Vos的存在，放大电路的输出端总会叠加我们不期望的误差。举个简单，老套，而经典的例子，由于输入失调电压的存在，会让我们的电子秤在没经调校时，还没放东西，就会有重量显示。我们总不希望，买到的重量与实际重有差异吧，买苹果差点还没什么，要是买白金戒指时，差一克可是不少的money哦。下面介绍一下运放的失调电压，以及它的计算。最后再介绍一些TI的低输入失调电压运放。不足之处，多多拍砖。

　　理想情况下，当运放两个输入端的输入电压相同时，运放的输出电压应为0V，但实际情况确是，即使两输入端的电压相同，放大电路也会有一个小的电压输出。如下图，这就是由运放的输入失调电压引起的。

　　

　　当然严格的定义应为，为了使运放的输出电压等于0，必需在运放两个输入端加一个小的电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos。注意，是为了使出电压为0，而加的输入电压，而不是输入相同时，输出失调电压除以增益（微小区别）。

　　运放失调电压自动补偿设计与实现 　　1运放失调电压在应用电路中检测及分析

　　1.1运放失调电压与输出的关系

　　在实际应用放大电路中一般采用同相或反向放大，如图1所示放大器的输入电压为0，由于存在失调电压使得输出电压不为0。实际运放的开环放大倍数远远大于负反馈构成的放大电路的放大倍数，由此得出的“虚短”概念，同样我们可以知道考虑了运放失调电压后也存在着“虚短”，只不过同反向输入的电压差（Vi+和Vi-的差值）不为零而是等于运放的失调电压。忽略运放的输入电流，我们可以得出图1中的失调电压与输出电压的关系：Vo=-Vof（1+Rf/R2），Vof=-Vo/（1+Rf/R2）。在实际的运放中Vof的方向可能为正（如图1所标参考方向），也可能为负。在运放的放大电路中输入电压为0V时，输出电压Vo为负时，失调电压的方向同参考方向，反之则反。这样只要适当设置放大倍数，可以用普通的万用表就可以测出输出电压的值Vo，根据公式Vof=-Vo/（1+Rf/R2）得到失调电压Vof的值。

　　

　　1.2运放失调电压在应用电路中的分析

　　根据图2所示我们可以知道Vi+=0，Vi-=-Vof，Vo=Vi--（Vin-Vi-）Rf/R2；从而得到考虑失调电压后的放大电路输入输出的关系式：Vo=-Vof-（Vin+Vof）Rf/R2。整理上式得到Vo=-Vin*Rf/R2-Vof（1+Rf/R2）。同理我们可以得到同相放大器的输入输出关系式：Vo=Vin（1+Rf/R2）-Vof（1+Rf/R2）。从公式可以看出由失调电压Vof产生的误差电压输出与输入电压Vin的大小无关，我们在测量时只要将这部分电压从总的运放输出电压中去除就可以得到完全由Vin输入信号产生的输出电压值。从公式中可以得知当输入电压Vin=0；Vo=-Vof（1+Rf/R2）。在实际的应用电路中，对Vin=0时运放的输出电压进行采样就可以得到由失调电压产生的输出值，在实际信号测量中将其减去就可以得到真正的信号放大值。

　　

　　2失调电压自动补偿方法

　　2.1补偿电路硬件设计

　　以同相放大输入为例，考虑了运放失调电压后放大电路的输入输出关系Vo=Vin（1+Rf/R2）-Vof（1+Rf/R2），实际输入信号的放大输出Vin（1+Rf/R2）=Vo+Vof（1+Rf/R2）。我们要得到的失调电压产生的输出值-Vof（1+Rf/R2），这时的Vin必须为0，这样运放的输出Vo就是等于失调电压产生的输出值-Vof（1+Rf/R2）。在实际电路测量中，AD在采样时无法得知输入信号是否为0，必须在输入电路中增加短路开关如图3，当要测量失调电压时将开关闭合到接地点进行AD采样。图中的开关可以采用小功率的场效应管，当然也可以根据电路工作的实际情况对输入接地电路进行设计，只要能达到输入信号接地同时方便的进行切换到信号输入。

　　

　　2.2补偿电路软件设计

　　根据包含失调电压的同相放大电路输出关系式：Vo=Vin（1+Rf/R2）-Vof（1+Rf/R2）和硬件原理图。先对输入接地时对运放的输出进行采样转换得到失调电压的输出值“-Vof（1+Rf/R2）”，然后再将开关断开测量输入信号（包含失调电压）的值。最后对两个值相加得到真正的输入信号的电压值。程序流程如图4所示。

　　3总结