ZHCACH5B october 2022 – march 2023 OPA2991 , TLC2654 , TLC4502 , TLE2021 , TLV2721
VOS 影响运算放大器电路在交流耦合和直流耦合电路中的信号调节能力。图 6-2 所示为交流耦合反相运算放大器。电容器 C1 与上一级的输入进行交流耦合,而电容器 C2 将输出交流耦合至负载。因此,C1 可防止任何直流电流流经 RF 和 RG(偏置电流除外),C2 可防止任何直流电流流入负载。VOS 出现在输入端。因为没有直流电流,放大器处于单位增益状态,输出与反相输入处于相同电位。即使输出未进行直流耦合(不存在 C2),情况也是如此,因为 VOS 不会出现在 RG 上。电容器还起到了在电路中建立一些滤波的作用。
当 C1 从电路中移除时,放大器直流耦合至信号源。许多传感器都是这种情况,例如温度传感器、应变计以及 DAC。对于传感器输出电压、电流或电阻,后两种输出需要转换为电压。此类应用需要直流转换,其中 VOS 和温漂对精度起着重要作用。移除 C1 后,运算放大器的 VOS 与电路的同相增益 (1 + RF/RG) 相乘,并与信号增益 (-RF/RG) 相乘的源的任何直流失调电压相加。最坏的情况是两个失调电压加在一起。如果电路的增益很大,要么动态范围大幅缩小,要么输出就会饱和。如果还移除了 C2,负载现在会施加直流失调电压,从而使情况恶化。
音频功率放大器在输入端使用交流耦合,从而防止输入信号的任何直流电压分量增加到音频电路的直流电平中(通常设置为电源的中轨以获得最大动态范围)。对于耳机等单端负载,输出为交流耦合,从而防止扬声器两端的任何直流电压下降,这可能会损坏扬声器。
VOS 也会缩小 ADC 的动态范围。动态范围的损耗会影响 ADC 电路的分辨率,因为最大分辨率需要最大动态范围。表 6-2 显示了不同输入电压范围下最低有效位 (LSB) 的分辨率。通常,可以选择 VOS 足够低的运算放大器来满足所需的分辨率。对于 8 位或 10 位转换器来说,很容易找到符合 VOS 规范的运算放大器,但随着分辨率的提高,要想找到符合要求的运算放大器则变得越来越困难。高速、低压采集电路可能需要在运算放大器输入端进行交流耦合,从而消除前几级的失调电压影响。另一种方法是在 ADC 输入之前对运算放大器输出进行交流耦合,从而消除直流分量,特别是当 VOS 高于所需值时(请参阅适合所有人的运算放大器)。对于高速运算放大器尤其如此,它们通常具有高 VOS。给定 VOS 引入的误差位数由位数给出,等于 ACLVIO/LSB,其中 ACL 为闭环增益,LSB 由 V(满量程)/2N 得出,是 ADC 的最低有效位。
位数 | 代码数 | 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 |
高速放大器电路通常使用输入和输出的交流耦合来更大限度地减小 VOS 幅度,特别是在具有高增益的电路中。当无法进行交流耦合或由于某种原因交流耦合不可行时,可以采用直流反馈或具有校准功能的运算放大器来降低 VOS。