低失調(diào)電壓至關(guān)重要，因?yàn)檩斎胧д{(diào)電壓被噪聲增益放大，在輸出端產(chǎn)生偏移誤差。

在圖1所示的差分放大電路中，輸出電壓是信號(hào)增益項(xiàng)和噪聲增益項(xiàng)之和：

作為內(nèi)部運(yùn)放參數(shù)，輸入失調(diào)電壓與噪聲增益而不是信號(hào)增益相乘。這將導(dǎo)致輸出偏移誤差。

盡量減小這種偏移量的一種精密放大器，利用多種技術(shù)來降低輸入失調(diào)電壓。對(duì)于零漂移放大器，這特別適用于低頻和直流信號(hào)。表2比較了常用的通用運(yùn)算放大器與斬波穩(wěn)定的零漂移放大器的最大輸入偏移量。

器件 說明 最大VOS @ 25°C

LM321[1] 傳統(tǒng)通用運(yùn)算放大器 7000 μV

NCS20071[2] 通用運(yùn)算放大器 3500 μV

NCS21911[3] 斬波穩(wěn)定零漂移運(yùn)算放大器 25 μV

NCS333A[4] 斬波穩(wěn)定零漂移運(yùn)算放大器 10 μV

表2. 比較常用的通用運(yùn)算放大器與斬波穩(wěn)定零漂移運(yùn)算放大器的最大失調(diào)電壓。

零漂移運(yùn)算放大器的構(gòu)成?

精密運(yùn)放能夠?qū)崿F(xiàn)“零漂移”失調(diào)電壓，隨著溫度和時(shí)間的變化，通過多種技術(shù)保持低輸入失調(diào)電壓。放大器可實(shí)現(xiàn)這的方法之一是使用一種定期測(cè)量輸入失調(diào)電壓并校正輸出端偏移量的設(shè)計(jì)技術(shù)。這種結(jié)構(gòu)稱為斬波穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

與所有工程解決方案一樣，零漂移運(yùn)算放大器也有其局限性。一個(gè)不太明顯的原因是斬波穩(wěn)定放大器的內(nèi)部電路包含鐘控系統(tǒng)。安森美半導(dǎo)體的NCS333[4]和NCS21911[3] 中所用的斬波穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化框如圖2所示。

雖然有些人可能會(huì)認(rèn)為，這種類型的斬波是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，但實(shí)踐表明，它容易受到經(jīng)典采樣系統(tǒng)的混疊或外差問題的影響。斬波穩(wěn)定運(yùn)算放大器的主要偽像發(fā)生在信號(hào)接近斬波器的時(shí)鐘頻率時(shí)。本文使用了混疊這個(gè)詞，但所含的問題稱為外差可能更為恰當(dāng)。

Chopper-Stabilized Amplifier: 斬波穩(wěn)定放大器High frequency path: 高頻路徑

Main amp: 主放大器Low frequency path: 低頻路徑Chopper：斬波

Nulling amp：穩(wěn)零放大器RC notch filter: RC陷波濾波器

圖2. 斬波穩(wěn)定運(yùn)算放大器的簡(jiǎn)化框圖

在圖2中，下信號(hào)路徑是斬波器采樣輸入失調(diào)電壓的地方，然后用于校正輸出偏移量。此偏移校正頻率在放大器的總帶寬內(nèi)。由于這種結(jié)構(gòu)使用采樣法，所以當(dāng)輸入信號(hào)頻率保持在相關(guān)奈奎斯特(Nyquist)頻率以下時(shí)，就會(huì)表現(xiàn)出最佳性能。

這意味著輸入信號(hào)頻率不僅需要在閉環(huán)帶寬范圍內(nèi)，而且還要在偏移校正頻率的一半范圍內(nèi)才能達(dá)到最佳性能。這使得斬波器保持高于Nyquist速率的采樣頻率，消除了混疊的可能性。當(dāng)信號(hào)頻率超過Nyquist頻率時(shí)，可能在輸出端發(fā)生混疊。由于使用采樣系統(tǒng)，故這是所有斬波器和斬波穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的固有限制。