放大器Vos失调电压的测试与处理方法有哪些

在直流耦合电路中，不可避免要对直流噪声进行测量与评估。放大器的失调电压参数作为直流噪声重要的组成部分是首先被提及的。本篇介绍一种放大器失调电压参数的测量方式与相应注意事项，配合LTspice仿真帮助理解，以及提供失调电压处理方法。

1.失调电压测量与注意事项

测量微伏至毫伏范围的输入失调电压，要求测试电路产生的误差远低于失调电压本身，并将输入失调电压处理到测量设备有效的分辨范围。如图2.19，使用ADA4077-2组建反相放大电路，提供±15V电源供电，将输入端信号接地，电阻R1阻值为10Ω,反馈电阻R2阻值为10KΩ。同相输入端匹配电阻R3为10Ω。该电路的噪声增益为1001倍。测试中使用高精度电压表测量放大器输出端（Vo）的电压。最后，将输出电压除以电路噪声增益，得到ADA4077输入侧的失调电压。

图2.19 ADA4077-2输入失调电压测试电路

放大器输入失调电压参数实测时，需要注意如下几点：

（1）供电电源要求低纹波、低噪声，例如电池。

（2）电路的工作温度保证在25℃，并远离发热源。在电路上电工作稳定，板卡温度没有变化以后进行测量。

（3）失调电压测试误差可能来自寄生热电偶结点，这是由两种不同金属连接而形成的。例如,电路同相输入端的电阻R3，可以匹配反相输入路径中的热电偶结点。热电偶电压范围通常在2~40μV/ºC以上,并且随温度明显变化。

（4）电阻的两个引脚焊接在相同的金属（PCB铜走线）会产生两个大小相等、极性相反的热电电压。在两者温度完全相同时，这两个热电电压会相互抵消。所以，控制焊盘和PCB走线长度，减小温度梯度可以提高测量精度。

使用LTspice对图2.19电路进行瞬态分析，结果如图2.20。ADA4077-2输出电压为-35.268mV。折算到输入端的失调电压为-35.220μV，在ADA4077失调电压范围内。

图2.20 ADA4077-2失调电压仿真结果

2.失调电压处理方法

在输出直流噪声较大时，需要对电路进行校正。早期单通道放大器具有失调电压校准的引脚。例如，很多工程师熟知的OP07，其失调电压调整电路如图2.21。使用电位计连接这项功能的1脚、8脚，电位器的分压处连接到电源。如果放大电路设计完善，失调调整范围不会超过最低等级器件的最大失调电压的两至三倍。然而实际电路中，无法保证这些引脚没有噪声，或者避免使用长导线将该引脚连接到相距较远的电位计，这些因素增加失调电压校正的难度。所以，该引脚功能使用不理想。在OP07最新一代替换产品ADA4077-1中1，8脚都定义为NIC,即内部不连接管脚。

图 2.21 OP07失调电压调整电路

目前主流的失调电压处理方法是外部方法，即使用可编程电压实现失调电压调整。例如，使用数模转化器或者数字电位器。

如图2.22（a），采用反相配置的放大器电路，在反相端提供失调电压调节电路。当Rb大于R1的100倍以上时，放大器的输出失调电压Vos满足式2-4。

图2.22反相放大电路失调电压抵消方法

如图2.22（b），采用反相配置的放大器电路，在同相端提供失调电压调节电路。Ra阻值为Ra1与Ra2之和,它等于R1与R2的等效并联阻值。Ra2阻值在100Ω至1KΩ之内, Rb阻值是Ra2阻值的100倍以上，输出失调电压Vos满足式2-5。

如图2.23，采用同相配置的放大电路，所使用失调电压校正电路，应该避免对反馈回路的增益产生影响。R2阻值为R2a与R2b之和, R2b小于R2a的10%，Rb为R2b的100倍以上，输出失调电压满足式2-6。

图2.23 同相放大电路失调电压抵消方法

综上，失调电压作为导致直流噪声的重要因素，模拟工程师必须掌握一种测量方法。而失调电压的校正方法，可以扩展到对输出直流噪声的校正。