失調(diào)電壓變化是如何影響電路性能的

在本文中，我們將通過(guò)探索一個(gè) LTspice 電路來(lái)繼續(xù)討論，該電路可以幫助我們預(yù)測(cè)失調(diào)電壓變化將如何影響電路性能。

分析失調(diào)電壓分布

這是我在上一篇文章末尾展示的 LTspice 原理圖：

我通過(guò)添加一個(gè)與每個(gè)運(yùn)算放大器的同相輸入端子串聯(lián)的電壓源，將偏移電壓加入到電路中。

我想創(chuàng)建一個(gè)類(lèi)似于 AD8606 精密運(yùn)算放大器報(bào)告的分布的失調(diào)電壓分布，為此，我為 Vos1 和 Vos2 指定了 20 μV 的典型值，并向該典型值添加了一個(gè)高斯變量。

傳遞給gauss函數(shù)的參數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)偏差，因此我創(chuàng)建了兩個(gè)直流電壓源，其值根據(jù)正態(tài)分布隨機(jī)變化，平均值為 20 μV，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 50 μV。

我們需要確認(rèn) LTspice 產(chǎn)生的分布與 AD8606 測(cè)得的失調(diào)電壓分布一致。為此，我將模擬電路，繪制 Vos1 值，將它們保存到文件中，將它們導(dǎo)入 Excel，然后檢查直方圖。

請(qǐng)注意，在下面的示意圖中，我更改了“.measure”語(yǔ)句，以便它記錄 Vos1 的值而不是負(fù)載電流。

如果我打開(kāi) SPICE 錯(cuò)誤日志，右鍵單擊并選擇“Plot .step‘d .meas data”，我會(huì)得到以下圖：

生成直方圖

我現(xiàn)在可以通過(guò)右鍵單擊并選擇“文件”-》“將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為文本”來(lái)保存這些數(shù)據(jù)。我將此數(shù)據(jù)導(dǎo)入 Excel，我有 500 個(gè)不同的偏移電壓值：

首先，讓我們檢查均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以確保它們與應(yīng)有的值相似，即 20 μV 和 50 μV。

這很好；平均值為 23.9 μV，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 48.7 μV。如果模擬包含大量運(yùn)行，實(shí)際值將更接近預(yù)期值。例如，運(yùn)行 4000 次時(shí)，平均值為 20.8 μV，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 50.6 μV。

現(xiàn)在讓我們看一下直方圖：

樣本大小為 500 時(shí)，我們肯定不會(huì)得到完美的正態(tài)分布，但是當(dāng)我將基本特征與 AD8606 分布（如下所示）的特征進(jìn)行比較時(shí)，我很滿意。

繪圖取自 AD8606 數(shù)據(jù)表。圖片由ADI 公司提供

仿真結(jié)果

在執(zhí)行模擬之前，我將“.measure”語(yǔ)句恢復(fù)到其原始狀態(tài)，即“.measure I_OUT avg I（Rload）”。預(yù)期負(fù)載電流為 1 mA。我首先在 Vos1 和 Vos2 源設(shè)置為零的情況下運(yùn)行模擬；以下是 500 次運(yùn)行的模擬負(fù)載電流值：

每次運(yùn)行的負(fù)載電流都相同，這并不奇怪，因?yàn)闆](méi)有參數(shù)發(fā)生變化，因此每次運(yùn)行都具有完全相同的電路。我們還觀察到運(yùn)算放大器組件中內(nèi)置了某種非理想行為，因?yàn)槟M負(fù)載電流為 999.977 μA 而不是 1 mA。所以我們從負(fù)方向的 23 nA 誤差開(kāi)始。

以下是包含偏移電壓行為時(shí)的結(jié)果：

我們可以從初步檢查中看出，影響并不是災(zāi)難性的。平均輸出電流略有變化，我們與平均值的最大偏差約為 3 μA。

Excel 中的分析表明平均輸出電流為 1.00068 mA。在最壞情況下的誤差（相對(duì)于1mA的理論值）為3.5μA在正方向和2.4μA在負(fù)方向。

這些絕對(duì)是很小的誤差，但它們對(duì)電路中的整體誤差的貢獻(xiàn)并不小，尤其是當(dāng)我們將它們與電阻容差和溫度的影響進(jìn)行比較時(shí)：

在之前的一篇文章中，我們通過(guò)將所有電阻器置于 0.1% 的容差范圍內(nèi)并將工作溫度從 –40°C 改變到 +125°C，產(chǎn)生了大約 +5 μA/–10 μA 的最大偏差。僅偏移電壓就產(chǎn)生了 +3.5 μA/–2.4 μA 的最大偏差。

我們還必須記住，AD8606 的失調(diào)電壓性能非常好。目前生產(chǎn)的許多運(yùn)算放大器具有比 AD8606 更高的失調(diào)電壓。

結(jié)論

我們使用直流電壓源和 LTspice 的高斯函數(shù)來(lái)模擬運(yùn)算放大器的輸入失調(diào)電壓對(duì)壓控電流源精度的影響。我們看到，即使電路是圍繞用于高精度應(yīng)用的運(yùn)算放大器構(gòu)建的，偏移電壓對(duì)整體輸出誤差的貢獻(xiàn)很小但不可忽略。
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