运算放大器电路的误差分析+

1.共模抑制比KCMR为有限值的情况

集成运放的共模抑制比为有限值时，以下图为例讨论。

VP=Vi

VN=Vo

共模输入电压为：

差摸输入电压为：

运算放大器的总输出电压为：vo=A VD v ID+A VC v IC

闭环电压增益为：

可以看出，AVD和KCMR越大，AVF越接近理想情况下的值，误差越小。

2.输入失调电压V IO

一个理想的运放，当输入电压为0时，输出电压也应为0。但实际上它的差分输入级很难做到完全对称。通常在输入电压为0时，存在一定的输出电压。

解释一：在室温25℃及标准电源电压下，输入电压为0时，为使输出电压为0，在输入端加的补偿电压叫做失调电压。

解释二：输入电压为0时，输出电压Vo折合到输入端的电压的负值，即V IO=- V O|VI=0/A VO

输入失调电压反映了电路的对称程度，其值一般为±1~10mV

3.输入偏置电流I IB

BJT集成运放的两个输入端是差分对管的基极，因此两个输入端总需要一定的输入电流I BN和I BP。

输入偏置电流是指集成运放输出电压为0时，两个输入端静态电流的平均值。

输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。偏置电流越小，由于信号源阻变化引起的输出电压变化也越小。其值一般为10nA~1uA。

4.输入失调电流I IO

在BJT集成电路运放中，当输出电压为0时，流入放大器两输入端的静态基极电流之差，即I IO=|I BP-I BN| 由于信号源阻的存在，I IO会引起一个输入电压，破坏放大器的平衡，使放大器输出电压不为0。它反映了输入级差分对管的不对称度，一般约为1nA~0.1uA。

5.输入失调电压VIO、输入失调电流IIO不为0时，运算电路的输出端将产生误差电压。

设实际的等效电路如下图大三角符号，小三角符号为理想运放，根据VIO和IIO的定义画出。

为了分析方便，假设运放的开环增益AVO和输入电阻Ri均为无限大，外电路电阻R2=R1||Rf，利用戴维南定理和定理可得两输入端的等效电压和等效电阻，如下图所示

则可得同相输入端电压

反向输入端电压

因AVO→∞，有V P≈V N，代入得

Vo=(1+Rf/R1)[VIO+IIB(R1||Rf-R2)+ IIO(R1||Rf+R2)]

当取R2=R1||Rf时，由输入偏置电流IIB引起的输入误差电压可以消除，上式可简化为

V o=(1+R f/R1)(V IO+I IO R2)

可见，1+Rf/R1 和R2越大，V IO和I IO引起的输出误差电压越大。

当用作积分运算时，用1/（sC）代替Rf，输出误差电压为

vo(s)=[1+1/( sC R1)][V IO(s)+I IO(s)R2]

当VIO和IIO随时间变化时，即有

由此式可以看出，积分时间常数τ=R1C越小或积分时间越长，V IO和I IO引起的输出误差电压越大。在理想情况下，V IO和I IO都为0时，输出误差电压也为0。

可以在输入级加一调零电位器，或在输入端加一补偿电压或补偿电流，以抵消V IO和I IO的影响。

问题分析：

实施电压测量时，一般要求测量仪器（电压表）的阻要远高于被测电路检测点的阻抗，这样才能得到比较准确的测量结果。运算放大器具有极高的输入阻抗和电压增益，其输入端信号极其微弱。通常与输入端相连接的电阻阻值都很大（102—103KΩ），这个阻值已经和模拟式电压表的阻在同一个数量级，电压表的接入显然会改变电路的工作状态，即使是数字式电压表（阻MΩ级），也无法在如此高的阻抗下准确测量。

测量方法：

测量运算放大器电路的静态工作点，一般都避免直接测输入端，只测量输出端直流电压，由输出端电压可推算出输入端电压，

推算方法如下：

工作于线性模式（有反馈电阻Rf）时，输出端静态电位与两个输入端静态电位相等，即：Vo=V+=V-；工作于非线性模式（无反馈电阻Rf）时，输出电压只有两个离散值（高电位Vh 和地电位Vl）：当V+＞V-时，Vo=Vh；当V+＜V-时，Vo=Vl，其中Vh 的数值接近正电源供电电压Vcc，Vl 接近负电源供电电压Vdd（单电源供电时为零电位），具体数值因运算放大器型号不同略有区别。

单电源运算放大器的偏置与去耦电路设计

目前在许多手持设备、汽车以及计算机等设备只用单电源供电，但是单电源容易出现不稳定问题，因此需要在电路外围增加辅助器件以提高稳定性。在电路图1中展示了单电源供电运算放大器的偏置方法，用电阻RA与电阻RB构成分压电路，并把正输入端的电压设置为Vs/2。输入信号VIN是通过电容耦合到正输入端。在该电路中有一些严重的局限性。

首先，电路的电源抑制几乎没有，电源电压的任何变化都将直接通过两个分压电阻改变偏置电压

Vs/2，但电源抑制的能力是电路非常重要的特性。例如此电路的电源电压1伏的变化，能引起偏置电路电压的输出Vs/2变化0.5伏。该电路的电源抑制仅仅只有6dB，通过选用SGM8541运算放大器可以增强电源抑制能力。

图1：单电源供电运算放大器的偏置方法。

其次，运算放大器驱动大电流负载时电源经常不稳定，除非电源有很好的调节能力，或有很好的旁路，否则大的电压波动将回馈到电源线路上。运算放大器的正输入端的参考点将直接偏离Vs/2，这些信号将直接流入放大器的正输入端。

表1：适用于图2的典型器件值。

在应用中要特别注意布局，多个电源旁路电容、星形接地、单独的印制电源层可以提供比较稳定的电路。偏置电路的去耦问题

解答这个问题需要改变一下电路。图2从偏置电路的中间节点接电容C2，用来旁路AC信号，这样可以提高AC的电源抑制，电阻RIN为Vs/2的基准电压提供DC的返回通路，并且为AC输入提供了交流输