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輸出失調電壓和靜態基極電流是運放塊參數中的“壞孩子”， 造成輸出信號中軸偏離0軸的豎向失真，甚至飽和，制約弱信號放大電路的增益，現有的解決方案已經不少，但本仿真僅有一個電阻，讓其缺點相克，就變成“好孩子”。 運放塊開環增益參數最大幾十萬的數量級，避免產生額外的誤差;同時壓擺率、增益帶寬積參數與輸入頻率必須匹配，避免電路實際與計算參數不一致以及工作不穩定。默認單位：電壓=V，電路=A，電阻=Ω。 幾個概念存查，可略過。 **)，運放塊的開環增益A∝(Open-Loop Gain) 運放塊在沒有外接負反饋時的放大倍數。 **)，輸入失調電壓Vos(Input Offset Voltage) 當輸入端為0時，輸出端Uo≠0，此存在電壓稱為輸出失調電壓(Output Offset Voltage，本帖簡稱Uos)，這是運放塊內部因素造成的;Vos參數表示和量化這些因素，并非輸入端真的存在此物理量。 **)，輸入偏置電流Ibs(Input Bias Current) 和輸入失調電流Ios(Input Offset Current)也是推算出來的參數，不是真實存在的物理量。 當輸入端為0時，運放塊輸入級差分管對自身存在的靜態基極電流Ib1和Ib2之平均值稱為輸入偏置電流，即Ibs=(Ib1+Ib2)/2;它們之差稱為輸入失調電流，即Ios=|Ib1-Ib2|。 1)，運放塊跟隨器Uos的消除 以下對各參數單獨測試，避免它們交叉影響。 1-1)，Uos和Vos的關系 測試HA-2540運放塊跟隨器 如下左電路(雙電源+-15v省缺，下同)，運放塊+輸入端接地，電壓為0，測得輸出端Ua=Uos=0.008 (綠線)，按照放大電路輸入信號幅度放大G倍等于輸出信號幅度，即，Vos=Uos/G=0.008，查HA-2540參數Vos就是0.008，與測試一致。此法可以測量運放塊未知的Vos參數。 如右電路+輸入端接電源-0.008=-Vos，對應輸出-0.008*G=-0.008與Uos相抵消，則輸出端Ub=0 (藍線)。 結論：**)，Uos=Vos*G――――――1-1 **)，在+輸入端加一個-Vos電壓，對應輸出- Vos*G=-Uos，就抵消Uos，輸出為0。 1-2)，Uos和Ibs、Ios的關系 運放塊輸入級差分管自身具有的靜態基極電流Ib1和Ib2，在外加接地電阻Ro產生的壓降就給輸入端加一電壓，如果電阻值合適，對應輸出的電壓就抵消Uos。 如下電路，運放塊參數Vos=0.001，Ibs=0，Ios=1e-6，U+接地時，Uo輸出0.001v的Uos，如圖左側綠線;當Ro=2K時，Ios的壓降U+=-0.001 (紅線)，等于+輸入端加一個-Vos電壓，對應輸出-Vos*G=-0.001抵消Uos，則Uo=0(右側藍線)。 上述運放塊參數改為Ibs=1e-6而Ios=0，當Ro=1K時，Ibs壓降U+=-0.001，也等于+輸入端加一個-Vos電壓，則Uo=0。 1-3)，如何計算Ro電阻值 從1-2測試可知，同樣標稱電流的Ios和Ibs在同一電阻的壓降不同，那是由于它們分別表示的靜態基極電流不同，在+端的壓降實際上是靜態基極電流產生的。假設壓降是-Ib1*Ro，參數Ios是Ib1和Ib2之和的絕對值，標稱值的一半才是Ib1電流值，所以-Ib1*Ro=-0.5Ios*Ro;而Ibs參數是Ib1和Ib2的平均值，故-Ib1*Ro=-Ibs*Ro。由于說明書沒有提供Ib1和Ib2數據，分析計算時就直接采用相關的Ios和Ibs參數，不必去推算出Ib1和Ib2。 Ios和Ibs在+端壓降之和為-0.5Ro*Ios+(-Ro*Ibs)，如果等于-Vos，即-Ro(0.5Ios+Ibs)=-Vos，對應輸出-Ro(0.5Ios+Ibs)G就可以消除Uos。整理移項得計算Ro關系式： Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)――――――(1-3) 從關系式可知，分子項與分母項的數量級相差太大或太小，Ro準確取值難度就大，影響Uos消除精度。 以HA-2540運放塊為例仿真驗證， HA-2540參數：Vos=0.008v，Ibs=5e-6A，Ios=1e-6A，代入1-3關系式， Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)=(8e-3)/[ 0.5(1e-6) + (5e-6)]=1.4545K，搭建跟隨器， 如果8uv的弱調幅波Ui(紅線)直接輸入，Uos沒有消除，8mv直流分量的復合信號Ua (綠線)，無法辨認調幅波分量。 而調幅波經Ro輸入(效果與接地一樣)，消除了Uos，輸出1:1的波形Ub(藍線)與Ui的中軸重疊(波形圖故意錯開，才能看清)。 1-4)，如果運放塊參數Ios=Ibs=0，在Ro無壓降。1-3式中分母=0無意義，公式不適用。實際上運放塊總是有靜態基極電流。 用兩個參數一樣的運放塊接成圖a的電路，可以適用于任何參數的運放塊跟隨器消除輸出失調電壓。雖然多用一個運放塊，但是不用計算。 1-5)，跟隨器反相輸入與同相輸入的結果一樣 以運放塊LM709為例，參數：Vos=0.001v，Ibs=2e-7A，Ios=5e-8A，代入1-3關系式計算的Ro， Ro=Vos/(0.5Ios+Ibs)= (1e-3)/[0.5(5e-8)+(2e-7)]=4.44444 K， 搭建電路如下，其結果與同相輸入一樣。 |
