如何正确理解运算放大器输入失调电压

Q&A

问： 如何正确理解运算放大器输入失调电压？

输入失调电压Vos(Voltage - Input Offset)，指的是为使运算放大器输出端为0V所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运算放大器其Vos应该为0V。

输入失调电压相当于加载输入端的一个额外的电压源。举个例子：

• 如果闭环增益G=1（如下图左边）, 失调电压Vos传导到输出端Vout = Vos
• 如果闭环增益G=1000（如下图右边），失调电压Vos传导到输出端Vout = 1000Vos

图1：不同闭环增益下的失调电压Vos对于输出电压影响（图片来源：TI）

所以，闭环增益越大，失调电压对于输出的影响越大。

除此之外，我们还要注意一点。失调电压不是一直不变的，最大的失调电压变化一般出现在输出极值时。

为了保证失调电压在可控范围内，我们还要关注开环增益。我们在定义开环增益时，比如TI的TLV8542，我们会发现开环增益的工作条件分别在电源正轨道-0.6V，负轨道+0.6V定义。

图2：TLV8542开环增益

如下图，横坐标输出电压Vout从负电源轨-Vs到正电源轨+Vs变化。蓝线代表开环增益，开环增益会在接近电源正负轨时，我们可以看到急剧恶化。

所以对于开环增益的定义，很多厂商（比如TI）, 会在一个较大的输出摆动范围求其平均值，以实现良好的线性运行。比如选择电源正轨道-0.6V，负轨道+0.6V来计算开环增益，如上图红线。

最大的失调电压变化一般出现在输出极值时，比如接近电源正负轨。在中间部分，增量开环增益较高，然后在输出接近电源正负轨道附近的时候下降。如果将运算放大器推向其摆幅极限时（超负荷工作），失调电压会更剧烈地上升。

让我们来做一些具体的计算。如果直流开环增益为100dB，则相当于：

因此，每从中位电压输出摆动1V，输入电压必须改变10μV。可把它看作随直流输出电压变化的失调电压。输出摆动9V，变化为90μV。

所以，为了保证失调电压在可控范围内，尽量不要让放大器工作在超负荷工作，从而导致更大的失调电压。