Op Amp Eingang Offset Spannung
SCHALTUNG
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Erstellen Sie eine beliebige Operationsverstärkerschaltung, legen Sie 0 V an den Eingang an und was erwarten Sie am Ausgang? Obwohl Sie versucht wären, 0 V zu sagen, ist an seinem Ausgang tatsächlich eine Fehlerspannung vorhanden. Was verursacht diesen Fehler? Sie können den Fehler auf eine Reihe von Unwuchten in den internen Transistoren und Widerständen des Operationsverstärkers zurückführen. Um dies in einem Schaltungsentwurf zu berücksichtigen, wird der Nettofehler als Offsetspannung, Voff, in Reihe mit den Eingangsklemmen des Operationsverstärkers modelliert. Wie wird es Ihre Schaltung beeinflussen? Das hängt vom Operationsverstärker selbst und Ihrem Schaltungsdesign ab.
EINGANGS-OFFSET-SPANNUNG
Die Eingangs-Offset-Spannung kann von Mikrovolt bis Millivolt reichen und eine beliebige Polarität haben. Im Allgemeinen haben bipolare Operationsverstärker niedrigere Offsetspannungen als JFET- oder CMOS-Typen.
Aber warte, es gibt noch mehr Ärger. Die Eingangsoffsetspannung ändert sich∆V (Spannungsdrift) mit einer Änderung der Temperatur ∆T. Dieser Fehler ist eine lineare Funktion der Temperatur und wird definiert durch
Voff_TC = ∆Voff / ∆ T (V/Grad C)
Für eine mit einer Spannung von 25 uV/deg C, was ist die drift über, sagen∆T = 10 deg C?
Voff = Voff_TC * ∆ T
= (25 uV/grad C) · 10 grad C
= 0,25 mV
Dies könnte einen schwerwiegenden Fehler in Ihrem Temperatursensorkreis verursachen! Wenn Sie jedoch Ihr Gesamtfehlerbudget kennen, können Sie einen Operationsverstärker mit einer ausreichend geringen Offsetdrift auswählen, um die Leistung der Zielschaltung zu erreichen.
VERSTÄRKER MIT OFFSETSPANNUNG
Die Offsetspannung wird in Reihe mit einer der Operationsverstärker-Eingangsklemmen modelliert. Welches? Obwohl der Nettoeffekt an beiden Eingängen gleich ist, ist es viel einfacher, Voff in Reihe mit dem positiven (V +) Eingang zu analysieren. Warum? Die resultierende Schaltung mit Voff bei V + sieht genauso aus wie die nicht invertierende Verstärkerkonfiguration. Die Analyse für diese Schaltung ist einfach.
Wenn Sie Voff für einen Moment ignorieren, ist die Schaltung (siehe oben) ein invertierender oder nicht invertierender Verstärker? Die Antwort ist ja, beide! Wenn die Eingangssignalquelle auf 0 V ( kurzgeschlossen) eingestellt ist, sehen die invertierenden und nicht invertierenden Verstärker gleich aus. Die Analyse für Offsetspannung ist unabhängig von der Verstärkerkonfiguration. Sie können den Fehler am Ausgang Vo durch die Gleichung für den nichtinvertierenden Verstärker vorhersagen
Vo_error = Voff ( R2 / R1 + 1 )
Vor welcher Gefahr warnt Sie diese Gleichung? Wenn Sie eine große Signalverstärkung in Ihrer Schaltung haben, erhöht der Verstärker den Fehler Voff zusammen mit dem Signal.
CIRCUIT INSIGHT Führt eine Simulation von OP_VOFF aus.CIR. Die Spannungsquelle VOFF modelliert die Offsetspannung, die anfänglich auf +1 mV eingestellt ist. Was ist bei R1 = 10k und R2 = 100k der Fehler am Ausgang V(4)? Der Ausgabefehler wird auf satte 11 mV erhöht, wie in der obigen Gleichung vorhergesagt. Wählen Sie eine andere Verstärkung und/oder Offset-Spannung. Führen Sie eine Simulation aus. Ist der Ausgabefehler das, was Sie erwartet haben?
OFFSET EINSTELLUNG
Müssen die die wirkung der eingang offset spannung zu null? Fügen Sie ein Potentiometer und einen Widerstand hinzu.(Siehe Op Amp Eingang Offset Einstellung)
EINGANG BIAS STROM
Eingang offset spannung ist nicht die nur fehler der op amp der eingang. Die Eingangsstufe besteht aus Transistoren, die für den Betrieb einen begrenzten Vorspannungsstrom benötigen. Die obige Schaltung geht davon aus, dass die Vorspannung vernachlässigbar ist. Echte Operationsverstärker haben jedoch Bias-Ströme, mit denen man rechnen muss. Die gute Nachricht ist, dass es clevere Techniken gibt, mit denen Sie diese Fehler minimieren und aufheben können.
(Siehe Op Amp Input Bias Currents )
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