儀表放大器的偏移電壓會隨著增益的變化而變化嗎

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Pete Semig

你是否曾經(jīng)想過為什么一個傳統(tǒng)3運(yùn)放（3-op amp）儀表放大器的偏移電壓會隨著增益的變化而變化？圖1摘自INA333數(shù)據(jù)表。此數(shù)據(jù)表顯示了偏移電壓對器件增益依存關(guān)系的一個示例。今天，我們來看看是如何確定這個等式的。

圖1：INA333偏移電壓技術(shù)規(guī)格

傳統(tǒng)3運(yùn)放儀表放大器具有兩個級。輸入級由兩個緩沖（或放大）差分輸入信號的非反向放大器組成。輸出級由一個將差分信號轉(zhuǎn)換為單端輸出的差分放大器組成。他還提供將基準(zhǔn)電壓添加到輸出的功能。圖2顯示了一個傳統(tǒng)3運(yùn)放的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

圖2：傳統(tǒng)3運(yùn)放儀表放大器

假設(shè)GDA and GIS是分別與差分放大器和輸入級相關(guān)的增益，方程式1是圖2中電路的普通傳遞函數(shù)（假設(shè)R2=R4并且R1=R3）。

儀表放大器中每一個運(yùn)放均有一個輸入偏移電壓。與A1和A2相關(guān)的偏移電壓根據(jù)RF和RG之間的比率放大。將輸入偏移電壓模擬為與A1和A2的每個非反向端子串聯(lián)的電壓源就得到圖3中顯示的輸出等式。

圖3：使用偏移電壓模型的A1和A2的輸出

一個查看圖3中針對VOA2方程式的直觀方法就是與非反向輸入串聯(lián)的源被A2的非反向增益所放大。與A1的非反向輸入串聯(lián)的源必須接到A1的反向端子上，最終在被A2的反向增益增加后添加到A2的輸出上。對A1執(zhí)行同樣的分析可得到針對VOA1的方程式。

方程式2顯示針對VIN-DA的方程式，這個值是差分放大器的輸入電壓（圖4）。需要注意的是，如下方等式定義的那樣，輸入級偏移電壓被輸入級的增益，GIS，放大。

圖4用偏移電壓模型顯示了輸出級差分放大器。差分放大器的增益被設(shè)定為1V/V，這個值與大多數(shù)儀表放大器的增益一致。我們看到偏移電壓，VOS3，出現(xiàn)在輸出方程式中。他被放大2倍，為A3的非反向增益值。

圖4：使用偏移電壓模型的差分放大器

由于差分放大器的增益是固定的，A3對于偏移的影響不會隨著增益的變化而變化。因此，如等式3所示，我們可以表示出現(xiàn)在儀表放大器輸出（折算到輸出或者“RTO”）上的偏移電壓，在這里GIS是輸入級的增益，VOS_IS是輸入級的精偏移電壓，而VOS_DA是差分放大器級的偏移電壓。

即使方程式3看起來似乎與圖1中所示的偏移電壓一樣，實際上不是！仔細(xì)查看圖1，顯示出參數(shù)為“偏移電壓，RTI”，意思是偏移電壓被折算到輸入上。如方程式4所示，等式3必須除以增益，以便將偏移電壓折算到輸入上。方程式4對應(yīng)圖1。

圖5是INA333的輸入級和總體儀表放大器偏移的圖表（折算到輸入端）。需要注意的是增益為1V/V時，儀表放大器的偏移簡化為VOS_IS+VOS_DA （25μV+75μV=100μV） 。隨著增益增加，偏移電壓接近VOS_IS （25μV）。然而，如圖5預(yù)期和顯示的那樣，折算到輸出的偏移電壓隨著增益的增加而增加。

圖5：VOS_RTI & VOS_RTO與INA333增益的比較圖

總的來說，如方程式5所示，需牢記的是偏移電壓技術(shù)規(guī)格是折算到輸入上的，并且必須乘上增益，以確定其對輸出的影響。