运放的失调电流与失调电压

如果运放两个输入端上的电压均为0V,则输出端电压也应该等于0V。但事实上,输出端总有一些电压,该电压称为失调电压VOS。如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益,得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。这个特性在数据表中通常以VOS给出。VOS被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。必须对放大器的两个输入端施加差分电压,以产生0V输出。

VOS随着温度的变化而改变,这种现象称为漂移,漂移的大小随时间而变化。漂移的温度系数TCVOS通常会在数据表中给出,但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS。这种规范的可信度稍差,因为TCVOS可能是不恒定的,或者是非单调变化的。

VOS漂移或者老化通常以mV/月或者mV/1,000小时来定义。但这个非线性函数与器件已使用时间的平方根成正比。例如,老化速度1mV/1,000小时可转化为大约3mV/年,而不是9mV/年。老化速度并不总是在数据表中给出,即便是高精度运放。

理想运放的输入阻抗无穷大,因此不会有电流流入输入端。但是,在输入级中使用双极结晶体管(BJT)的真实运放需要一些工作电流,该电流称为偏置电流(IB)。通常有两个偏置电流:IB+和IB-,它们分别流入两个输入端。IB值的范围很大,特殊类型运放的偏置电流低至60fA(大约每3μs通过一个电子),而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。

单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等,但不能保证两个偏置电流相等。在电流反馈运放中,输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS,通常情况下IOS很小。

 

### 运放失调电压失调电流的测量方法 #### 失调电压的测量 运放的输入失调电压是指在理想情况下,当两个输入端之间的电压相等时,输出应为零;但实际上由于制造工艺的原因,即使两输入端电位相同,也可能存在一个小的残余输出电压。这个残余输出对应的输入端所需施加的电压即为输入失调电压。 一种常见的测量方法如下: 1. 将运算放大器配置成单位增益缓冲器模式(同相输入连接到接地或参考电压,反相输入作为反馈节点)。 2. 使用一个高精度可调节电源向其中一个输入端注入小范围变化的直流电压,直到输出电压接近于零伏特为止。记录下此时所加的精确电压值即可得到该器件的实际输入失调电压[^2]。 另外还可以通过极性供电条件下调整输入直至输出平衡的方法来进行测定[^3]。 #### 失调电流的间接测量方式 需要注意的是,“失调电流并非直接被测量出来的参数之一,而是基于对两端口各自独立测得的结果计算而来的差异量度——也就是所谓的“偏置电流”。因此首先要单独获取这两个数值之后再求其差别便能得到最终所需的“失调电流”。 以下是具体的步骤描述: - 构建测试电路,在每个输入脚串联已知阻抗元件R1,R2; - 记录因流经上述附加组件所产生的压降U1,U2; - 利用欧姆定律分别算出对应方向上的瞬态流动强度IBP,IBM; - 随后便可依据定义表达式得出目标物理量IOFFSET=|IBP-IBM|[ ^1 ]。 值得注意的一点在于,为了提高信噪比以及降低其他干扰因素带来的不确定性影响,在挑选用于构建实验装置里的分立部件规格时候应当尽可能选用较大额定功率等级的产品型号,并且确保整个过程中环境温度保持恒定状态从而避免热漂移效应对数据采集环节造成额外负担[ ^3 ]。 ```python # Python模拟简单计算过程 def calculate_offset_current(voltage_drop_plus, voltage_drop_minus, resistance): ibp = voltage_drop_plus / resistance ibm = voltage_drop_minus / resistance offset_current = abs(ibp - ibm) return offset_current resistance_value = 1e7 # Resistance value in ohms (example: 10MΩ) voltage_drop_plus = 5e-3 # Voltage drop across R1 in volts (example: +5mV) voltage_drop_minus = -4.9e-3 # Voltage drop across R2 in volts (example: -4.9mV) offset_current_result = calculate_offset_current(voltage_drop_plus, voltage_drop_minus, resistance_value) print(f"The calculated offset current is {offset_current_result} A") ```
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