自动调零输出的运放

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运算放大器构造及原理

运算放大器构造及原理

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点击进入万联芯城点击进入万联芯城运算放大器的工作原理放大器的作用: 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置,由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。

用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。

原理:高频功率放大器用于发射机的末级,作用是将高频已调波信号进行功率放大,以满足发送功率的要求,然后经过天线将其辐射到空间,保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平,并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。

按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种,窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路,故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器;宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路,因此又称为非调谐功率放大器。

高频功率放大器是一种能量转换器件,它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知,放大器可以按照电流导通角的不同,运算放大器原理运算放大器(Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合﹐差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器,因为刚开始主要用于加法,乘法等运算电路中,因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

最基本的运算放大器如图1-1。

一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

图1-1 通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接,形成一负反馈(negative feedback)组态。

运算放大器的基本原理

运算放大器的基本原理

运算放大器的基本原理
运算放大器(Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合﹐差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器,因为刚开始主要用于加法,乘法等运算电路中,因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

最基本的运算放大器如图1-1。

一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

 通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接,形成一负反馈(negative feedback)组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

 开环回路运算放大器如图1-2。

当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时,其输出与输入电压的关系式如下:
 Vout = ( V+ -V-) * Aog。

运放调零电路原理

运放调零电路原理

运放调零电路原理随着电子技术的不断进步,在现代电子设备中,运放(Operational Amplifier)几乎是无处不在的。

运放通常被用作信号放大、信号滤波、比较和控制等电路中的核心组件。

然而,在运放的工作中,存在着一个重要而常被忽视的问题:输出的偏移电压。

为了解决这个问题,调零电路应运而生。

调零电路的原理是通过降低运放的输出偏移电压,提高运放电路的精度和稳定性。

在了解调零电路的原理之前,我们需要先了解一下运放的基本结构。

一、运放基本结构简介运放是一个差分放大器,它由一个差动放大器和一个输出级组成。

差动放大器一般由两个差分放大二极管和一个输出级组成。

这些电路可以由晶体管、场效应管或其他放大器元件构成。

运放的输入电压通常施加在差动放大器的两个输入端上,而输出电压则是通过输出级产生的。

二、运放的偏移电压问题在实际应用中,运放往往需要将输入的小信号放大到数十倍或数百倍。

然而,即使在理想条件下,运放的差动放大器也无法完全消除差动输入电压,这就产生了输出的偏移电压。

偏移电压的大小和运放的质量有关,通常在几微伏到几毫伏之间。

运放的输出偏移电压造成了许多问题。

首先,它会导致输出波形失真,影响信号的准确传输。

其次,偏移电压对一些需要精确测量的应用产生干扰,如传感器信号的放大和测量。

因此,为了提高运放电路的精度和稳定性,调零电路就成为了必要的组成部分。

三、调零电路的工作原理调零电路的目标是消除运放输出的偏移电压。

它一般由一个零漂电阻和一个调零电压源组成。

当调零电压加在运放输入端时,它会产生一个与输出电压相等且反向的电流,这样就可以抵消运放的输出偏移电压。

在实际应用中,调零电路可以采用不同的设计方案。

一种常见的方案是使用一个可调电位器,通过调节电位器的阻值,使输入的调零电流等于输出的偏移电流,从而实现对偏移电压的补偿。

另一种常见的调零电路是自动调零电路。

这种电路使用一个运放的内部反馈回路实现调零功能,通过在反馈回路中加入一个差分放大器,通过调节差分放大器的增益和相位来实现补偿。

模拟集成电路设计 运放消除offset方法-概述说明以及解释

模拟集成电路设计 运放消除offset方法-概述说明以及解释

模拟集成电路设计运放消除offset方法-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:在模拟集成电路设计中,运放是一个非常重要的组件,它在信号处理中起着至关重要的作用。

然而,由于实际电路中存在偏移电压(offset)的问题,可能会导致信号失真、精度下降等不良影响。

因此,消除运放的offset成为了设计过程中的一个关键问题。

本文将针对运放的offset问题展开探讨,介绍一些常见的消除offset的方法,并探讨这些方法在模拟集成电路设计中的应用。

通过对这些方法的研究和分析,可以为工程师们在设计模拟电路时提供一定的参考和指导。

"1.2 文章结构":本文将首先介绍引言部分,包括对模拟集成电路设计中运放offset问题的概述和目的。

接着将深入探讨运放的offset问题,以及消除offset 的方法。

最后,将探讨在模拟集成电路设计中运放消除offset的具体应用。

结论部分将对文章进行总结,并展望未来可能的发展方向。

最后,通过结束语来总结全文,强调运放消除offset在模拟集成电路设计中的重要性和意义。

1.3 目的本文的目的是探讨在模拟集成电路设计中运放的offset问题以及消除offset的方法。

通过对这一问题进行深入分析和探讨,我们希望能够帮助读者更好地理解运放的offset问题所带来的影响,并了解如何有效地消除这一问题。

同时,我们还希望能够展示模拟集成电路设计中常见的消除offset的方法,以及这些方法的应用场景和优缺点,为读者提供一些实用的参考和指导。

通过本文的研究和探讨,我们希望能够为模拟集成电路设计领域的研究和实践提供一些有益的启示和帮助。

2.正文2.1 运放的offset问题运放在实际应用中经常会出现offset(偏移)问题,这是指当运放的输入端跨电平为零时,输出端并不为零或者输出电平不稳定的现象。

运放的offset问题主要源于生产工艺的不完全性、温度变化等因素造成的器件参数偏差。

运算放大器工作原理是什么

运算放大器工作原理是什么

运算放大器工作原理是什么?运算放大器(Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP)是一种直流耦合﹐差模(差动模式)输入、通常为单端输出(Differential-in, single-ended output)的高增益(gain)电压放大器,因为刚开始主要用于加法,乘法等运算电路中,因而得名。

一个理想的运算放大器必须具备下列特性:无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。

最基本的运算放大器如图1-1。

一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

通常使用运算放大器时,会将其输出端与其反相输入端(inverting input node)连接,形成一负反馈(negative feedback)组态。

原因是运算放大器的电压增益非常大,范围从数百至数万倍不等,使用负反馈方可保证电路的稳定运作。

但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈(positive feedback),相反地,在很多需要产生震荡讯号的系统中,正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

开环回路运算放大器如图1-2。

当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时,其输出与输入电压的关系式如下:Vout = ( V+ -V-) * Aog其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益(open-loop differential gai 由于运算放大器的开环回路增益非常高,因此就算输入端的差动讯号很小,仍然会让输出讯号「饱和」(saturation),导致非线性的失真出现。

因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中,少数的例外是用运算放大器做比较器(comparator),比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。

闭环负反馈将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来,放大器电路就处在负反馈组态的状况,此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。

零漂移精密运算放大器参数分析和基本构成

零漂移精密运算放大器参数分析和基本构成

零漂移精密运算放大器参数分析和基本构成零漂移精密运算放大器是专为由于差分电压小而要求高输出精度的应用设计的专用运算放大器。

它们不仅具有低输入失调电压,还具有高共模抑制比(CMRR)、高电源抑制比(PSRR)、高开环增益和在宽温度及时间范围的低漂移(见表1)。

这些特征使其非常适用于诸如低边电流检测和传感器接口、特别是具有非常小的差分信号的应用。

表1. 影响运算放大器准确度和精密度的关键参数。

虽然零漂移运算放大器制造商有时声称这些器件没有混叠效应,但实际上它们可能容易出现混叠,因为这些器件使用采样来最小化输入失调电压。

因此,设计人员应测试其运算放大器电路的混叠效应。

经证实使用频谱或网络分析器的传统方法检测混叠是不够的,因此建议设计人员使用一种测量技术,将输入扫过一个频率范围,并在示波器上观察运算放大器的输出。

本文将这种测试方法应用于不同的运算放大器,以观察不同的零漂移运算放大器在混叠方面的差异。

测试的器件包括安森美半导体和竞争对手的自动调零和斩波稳定类型。

本文首先阐述了输入失调电压对运算放大器性能的影响,以及零漂移、斩波稳定运算放大器与通用运算放大器在性能上的差异。

接下来描述斩波稳定运算放大器的运行,以及当输入信号接近或超过运放偏移校正频率时,这些放大器中发生的采样如何导致混叠。

斩波稳定结构并不是实施零漂移运算放大器的唯一方法,并且将斩波稳定结构与另一种称为自动调零的零漂移结构进行了比较。

在给出了各种运算放大器的混叠测量后,本文解释了奈奎斯特采样(Nyquist sampling)理论如何确定无混叠的允许输入频率范围,以及如何应用简单的低通滤波器来防止混叠。

本文后面的章节阐释了零漂移运算放大器中运放输入失调电压与其他参数如瞬态响应、启动时间、轨对轨运行、低频噪声和输入电流之间的关系。

最后,阐释了SPICE 模型不能解释像混叠这样的零漂移效应。

为何输入失调电压很重要?失调电压是限制能可靠捕获的最小信号的参数之一。

10种运算放大器

各种不同类型的运算放大器介绍董婷076112班一.uA741M,uA741I,uA741C(单运放)高增益运算放大器用于军事,工业和商业应用.这类单片硅集成电路器件提供输出短路保护和闭锁自由运作。

这些类型还具有广泛的共同模式,差模信号范围和低失调电压调零能力与使用适当的电位。

目前价格1元/个。

uA741主要参数ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS最大额定值ELECTRICAL CHARACTERISTICS VCC = ±15V, Tamb = +25°C (unless otherwise specified) 电气特性二.CA3140 高输入阻抗运算放大器CA3140高输入阻抗运算放大器,是美国无线电公司研制开发的一种BiMOS高电压的运算放大器在一片集成芯片上,该CA3140A和CA3140 BiMOS运算放大器功能保护MOSFET的栅极(PMOS上)中的晶体管输入电路提供非常高的输入阻抗,极低输入电流和高速性能。

操作电源电压从4V至36V(无论单或双电源),它结合了压电PMOS晶体管工艺和高电压双授晶体管的优点.(互补对称金属氧化物半导体)卓越性能的运放。

主要运用于单电源放大器在汽车和便携式仪表,有源滤波器,比较器,采样保持放大器,长期定时器,光电仪表,探测器,TTL接口,入侵报警系统,函数发生器,音调控制,电源,便携式仪器。

工作范围为-55 ºC —125 ºC。

目前生产厂家主要是INTERSIL公司和HARRIS公司,报价为:2.7—3元/个。

引脚图三.OP07C运算放大器OP07C是一款低失调低漂移运算放大器。

生产厂家主要有德州仪器公司和AD公司。

这款运算放大器具有非常低的输入失调电压,所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。

OP07同时具有输入偏置电流低和开环增益高的特点,这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

自动调零放大器的工作原理及特点介绍

自动调零放大器的工作原理及特点介绍简介每当自动归零或斩波稳定放大器的问题出现时,不可避免的第一个问题是“它们如何真正起作用?”除了对设备内部工作的好奇之外,大多数工程师心中的真正问题可能是:“直流精度看起来令人难以置信,但如果我在电路中使用其中一种,那么我将不得不忍受什么样的奇怪行为?;我怎样才能围绕这些问题进行设计呢?斩波放大器- 它们如何工作第一款斩波放大器是50多年前发明的,通过将直流电压转换为交流信号来对抗直流放大器的漂移。

初始实现使用输入信号的交流交流耦合和交流信号的同步解调,以在输出处重新建立直流信号。

这些放大器的带宽有限,需要后滤波以消除斩波作用产生的大纹波电压。

斩波稳定放大器通过使用斩波放大器稳定传统的宽带放大器来解决带宽限制问题在信号路径(1)中。

由于稳压放大器的输出直接连接到宽带差分放大器的非反相输入,因此早期的斩波稳定设计只能进行反相操作。

现代IC“斩波器”放大器实际上采用自动调零方法,使用类似于斩波稳定方案的两级或更多级复合放大器结构。

不同之处在于稳定放大器信号通过附加的“归零”输入端子而不是差分输入之一连接到宽带或主放大器。

高频信号通过直接连接到主放大器或通过使用前馈技术绕过归零级,在宽带宽操作中保持稳定的零点。

该技术因此将直流稳定性和良好的频率响应与反相和非反相配置的可访问性相结合。

然而,它可能产生由高水平的数字开关“噪声”组成的干扰信号,这限制了更宽的可用带宽的有用性。

它还会引起互调失真(IMD),它看起来像时钟信号和输入信号之间的混叠,在和频和差频产生误差信号。

稍后详细介绍。

自动调零放大器原理自动调零放大器通常在每个时钟周期以两个相位运行,如图1a和1b所示。

简化电路显示归零放大器(A A ),主(宽带)放大器(A B ),存储电容(C M1 和C M2 ),以及输入和存储电容的开关。

组合放大器以典型的运放增益配置显示。

在A相中,自动调零阶段(图1a),输入信号应用于主放大器(A B );主放大器的归零。

运放调零电路原理(一)

运放调零电路原理(一)运放调零电路1. 引言运放(Operational Amplifier)是一种常见的集成电路元件,被广泛应用于信号增强、滤波、放大等电路中。

在使用运放时,为了确保其性能稳定和输出准确,常需要进行调零操作。

2. 什么是运放调零电路运放调零电路是用于校准运放输出的电路。

在理想情况下,运放的输出应该是零偏差的,但实际上由于制造工艺和环境因素的限制,运放存在一定的零偏差。

为了消除这种零偏差,需要使用调零电路进行校准。

3. 运放的零偏差运放的零偏差是指在输入信号为零时,输出信号与零点之间的偏差差值。

零偏差分为正零偏和负零偏,即输出偏向正电压或负电压。

4. 常见的运放调零电路零偏差电阻法调零电路零偏差电阻法调零电路是一种简单常用的调零方法。

通过在运放输入端串联一个电阻,使得电阻的电压降与运放的零偏差相等且反向,从而实现调零操作。

桥式调零电路桥式调零电路采用了桥式电阻网络,通过调节电阻值实现零偏差的补偿。

当两个分支电阻相等时,输出电压为零,进而实现调零。

零偏差电容法调零电路零偏差电容法调零电路使用电容来补偿运放的零偏差。

通过在运放输入端串联一个电容,使得电容的电压与运放的零偏差相等且反向,从而实现调零操作。

自动化调零电路自动化调零电路是一种自动校准运放的调零方法,能够实时监测运放的零偏差,并根据反馈信息进行补偿。

该方法适用于需要长时间保持精确性的应用场景。

5. 总结运放调零电路是确保运放性能可靠的重要手段,通过不同的调零电路可以有效地消除运放的零偏差。

在实际应用中,我们需要根据具体场景选择合适的调零方法,并进行适当的调试和校准,以确保电路的性能达到预期要求。

6. 零偏差电阻法调零电路详解调零原理零偏差电阻法调零电路是最简单的调零方法之一。

它通过在运放输入端串联一个电阻,使得电阻的电压降与运放的零偏差相等且反向,从而实现调零操作。

调零电路图调零步骤调零电路的具体步骤如下:1.将输入信号置为零,即将输入端接地。

电流传感器的自动调零电路设计

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电子技术Electronic Technology 电流传感器的自动调零电路设计周娴姊1高阳1刘建军2王海宝1郭彦2(1.北京智芯半导体科技有限公司北京市102202 2.北京智芯微电子科技有限公司北京市100192)摘要:本文针对电流传感器零位漂移的问题,设计了自动调整输出零点的电路,确保在被测电流为零时,电流传感器的输出电压为 基准电压。

该电路采用了高精度14位DAC、低成本的一次性烧录电路作为零位漂移信号的存储单元、高增益比较器用于逻辑控制、以及 计数电路,可自动消除零位漂移电压。

并且经过仿真,验证了该电路的功能。

该电路可以极大地减少调零工作量,降低电路成本。

关键词:零位漂移;电流传感器;自动调零1引言随着半导体技术的发展,固态磁敏元件越来越多地被应用于电流传感器中,而其中比较成熟的是霍尔器件。

线圈型电流传感器主要基于电磁感应定律,分为传统的铁芯电流传感器111和无铁芯的Rogowski线圈型电流传感器1:1。

由于线圈的存在,电流传感器只能测量交流信号,且存在相位的偏差。

相比于线圈型的电流传感器,霍尔元件直接测量磁场,能够获取电流所携带的所有信息,且由于其响应频率在千兆赫兹以上,相位角差也较小m。

因此,霍尔元件在电流传感器中的应用也越来越广泛w。

然而在霍尔电流传感器中,存在零位漂移,即当被测电流为零 时,电流传感器的输出电压偏离理想值,造成测量误差,如参考文 献151的测试数据所示。

且在文献161提出,当电流传感器离开生产线,应用到实际环境中时,其零位漂移会发生变化。

在电流传感器中,引起零位漂移的器件,主要包含信号调理电路和磁敏元件。

信号调理电路的零位漂移补偿相对容易。

通常,磁敏元件的输 出信号的范围从几十H V到几十m V,故一般需要信号调理电路进 行处理。

信号调理电路零点误差补偿,一般采用自动稳零m或者是 斩波等技术进行处理|8P1,将运放的输入失调降低到几电流传感器中的磁敏元件包括霍尔、A M R元件、G M R元件、T M R元件1由于这些器件均为半导体器件或者M E M S器件,工艺上难免造成其零位漂移,致使在没有外加磁场时,元件的输出 不为零||3'141。

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自动调零运算放大器——便携式信号调理应用固有的优点(图)
作者:Microchip Technology公司Kevin Tretter 日期:2009-3-17 来源:本网
字符大小:【大】【中】【小】乍一看,“自动调零”运算放大器好像是个新术语,但事实上这一概念已存在几十年了。

本文将探讨自动调零运放的历史,并将大致描述该架构。

此外,本文还将探讨该架构在信号调理应用中固有的优点。

最后还将分析一个应用示例,以进一步比较自动调零运放的架构与传统运放的架构。

简史
斩波放大器已诞生几十年了,追溯起来将近有60年。

斩波放大器的发明是为了满足极低失调、低漂移运放的需要。

在那时,斩波放大器的性能比双极型运放优越。

原始斩波放大器的输入和输出由开关控制(或斩波),对输入信号进行调制,校正失调误差,然后在输出时解调。

该技术可确保失调电压和漂移很低,但也有其局限。

由于要对放大器的输入进行采样,因此输入信号的频率必须低于斩波频率的一半,以避免混叠。

除了带宽限制外,斩波操作还会导致出现显著毛刺,需要在输出端进行滤波,以滤除所造成的纹波。

作为下一代自校正放大器代表的斩波稳态运放使斩波放大器的性能获得了极大改进。

该架构使用了两个放大器:“主”放大器和“调零”放大器,如图1所示。

调零放大器通过将输入端短路并对其自身的调零引脚施加校正信号来校正其自身的失调误差,随后监视并校正主放大器的失调。

因为主放大器始终连接到IC的输入和输出,因此输入信号的带宽由主放大器的带宽决定,而不再取决于斩波频率。

这一特性使该架构相对于早期的斩波放大器有很大的优势。

开关操作造成的电荷注入仍是个问题,这可能导致信号瞬变,并且注入的电荷会与输入信号耦合,造成互调失真。

图1简化的斩波稳态功能框图
自动调零架构在概念上与斩波稳态放大器相似,即有一个调零放大器和一个主放大器。

但是,经过了多年的重大
改进,目前自动调零架构的噪声、电荷注入和其他与斩波稳态运放相关的性能问题都被降到了最小的程度。

不同的制造商使用不同术语定义该架构,例如,“自动调零”、“自动相关调零”以及“零漂移”。

无论术语如何表达,基本的底层架构都是相同的。

自动调零架构的优势
如上所述,自动调零架构会持续地自校正放大器的失调电压误差。

这就形成了相对于传统运放的几个独特优势。

1低失调电压
调零放大器持续地消除其自身的失调电压,然后对主放大器施加校正信号。

该校正信号的频率取决于实际的设计,但通常每秒发生几千次。

例如,Microchip Technology的MCP6V01自动调零放大器每100μs校正一次主放大器,即每秒一万次。

这种持续校正可确保极低的失调电压,比传统运放低得多。

此外,校正失调电压的过程还会校正其他直流规范,例如电源抑制和共模抑制。

因此,自动调零放大器能实现比传统放大器更优异的抑制能力。

2 温度和时间漂移低
所有放大器,无论其工艺技术和架构如何,都会随温度和时间变化产生失调电压。

多数运放用V/℃来描述该失调的温度漂移。

该漂移在不同放大器间可能差别很大。

对于传统放大器,通常介于几到几十μV/℃之间,这在高精度应用中可能是个大问题;和初始失调误差不同,该漂移无法用一次性系统校正来消除。

除了温度漂移外,放大器的失调电压也会随着时间而改变。

对于传统运放,该时间漂移(有时称为累增)通常不会在数据手册中指出,但它会在器件的整个使用寿命中产生显著的误差。

自动调零架构固有的特性,使它能通过持续地自校正失调电压,尽可能减少温度漂移和时间漂移。

这样,自动调零放大器相比传统运放在漂移性能方面有显著改善。

例如,前面提到的MCP6V01运放的最大温度漂移只有
50nV/℃。

3消除1/f噪声
1/f噪声又名闪烁(flicker)噪声,是由传导路径的不规则性和晶体管内偏置电流造成的噪声而引起的低频现象。

在较高的频率上,1/f噪声可忽略不计,因为其他来源的白噪声开始占据主导地位。

如果输入信号近乎直流信号(如来自应变计、压力传感器和热电偶等的输出),该低频噪声将是个大问题。

在基于自动调零的放大器中,1/f噪声在失调校正的过程中被滤除了。

由于该噪声源出现在输入端,并且噪声信号变化相对较慢,因此可认为是放大器失调的一部分,能相应地得到补偿。

4低偏置电流
偏置电流就是流入放大器输入偏置输入晶体管的总电流。

该电流的强度可在μA级别到pA级别不等,很大程度上取决于放大器输入电路的架构。

当将高阻抗传感器连接到放大器输入时,该参数变得极为重要。

偏置电流流经该高阻抗传感器时,传感器上会产生压降,导致电压误差。

对于这些应用,就需要低偏置电流。

实际上,现今市场上的所有自动调零放大器均采用CMOS输入级,可产生很低的偏置电流。

但是,来自内部开关的注入电荷会使偏置电流略高于更传统的CMOS输入运放。

5静态电流
对于电池供电的应用,静态电流是个关键参数。

由于调零放大器和支持自校正自动调零架构所需的其他电路,在带宽和压摆率给定的情况下,自动调零放大器通常会比传统放大器消耗更多的静态电流。

已对此进行了重大改进以提高该架构的效率。

部分运放(例如,MCP6V03)提供片选或关断引脚,以便在器件不工作时尽可能减小静态电流。

应用示例:便携式口袋秤
以上指出了自动调零架构有助于提高放大器性能的几个参数。

下面将探讨使用应变计的应用示例,它会突显出自动调零放大器的部分优势。

便携秤是被广受用于称量如贵金属、珠宝和药物等小物件的设备。

这些设备用电池供电,通常需要达到1/10g的精度,甚至更高。

因此,该应用需要对用于称重的应变计进行高精度而低功耗的信号调理。

应变计使用电阻来测定各外力造成的应变量。

有几类不同的应变计,最常见的是金属应变计。

此类应变计金属线或小片金属箔组成。

施力时,应变计上应力(或正或负)的改变会导致应变计电阻改变。

随后通过测量电阻的变化量即可获知所施加的力的大小。

通常将一个或多个应变计以惠斯通电桥的方式连接,因为这种电路能提供优异的灵敏度。

电阻值的改变是很小的,因此惠斯通电桥电路的总电压输出也很小。

对于本例,我们假定输出满量程电压为10mV。

图2是用于分析该应用的一个简化电路。

请注意,该电路并非用于完整表示实际的电路,而是经过简化来展示自动调零架构的优点。

例如,惠斯通电桥电路的输出应经过缓冲以提供高阻抗输入,但以下电路图并未显示缓冲电路。

在该电路中,放大器的差动增益被配置为500,因此理想状态下惠斯通电桥的满量程输出可经过放大器变为5V输出。

图2 简化的应用电路
由于该应用需要大增益,因此放大器的失调电压很关键。

放大器造成的任何电压失调,都会被增益放大。

例如,MCP606是一个CMOS运放,其内带有一个非易失性存储器以减小输入失调电压,在这种情况下,室温时的最大失调电压为250μV(室温下)的最大失调。

在该应用中,MCP606的最大失调误差可在放大器输出端形成125mV的误差,即满量程的2.5%。

让我们将它与MCP6V01自动调零放大器比较,后者的最大失调仅有2μV(室温下)。

该失调将在放大器输出端产生1 mV的最大误差,它只是满量程输出的0.02%。

自动调零架构的另一个优势是时间漂移和温度漂移都比较低。

本例假定便携秤的工作温度范围是0~50℃。

MCP606的温度漂移规定为1.8μV/℃。

由于该温度范围造成的漂移误差可达90μV,后者又会被电路增益放大,导致在放大器输出端出现额外的45 mV的误差。

而另一方面,MCP6V01规定的最大漂移仅为50nV/℃。

因此,该应用的漂移误差在放大器电路输出端仅为1.25mV,比MCP606放大器的性能强30多倍。

如前所述,1/f噪声可能是低频应用(如文本所述的称重应用)的一个限制因素。

MCP606运放展示了典型的1/f 噪声频谱,转折频率约为200Hz。

从这点开始,1/f噪声开始占据主导地位,导致电压噪声密度在1Hz下远高于200nV/√Hz。

MCP6V01运放由于其自校正自动调零架构,不会显示该1/f噪声,它在低频下保持为常数。

对于称重应用,测压元件的输出是一个变化很慢的信号,因此1/f噪声是很关键的因素。

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