INA：偏移電壓與增益之間的關(guān)系

　　你是否曾經(jīng)想過(guò)為什么一個(gè)傳統(tǒng)3運(yùn)放(3-op amp)儀表放大器的偏移電壓會(huì)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(duì)器件增益依存關(guān)系的一個(gè)示例。今天，我們來(lái)看看是如何確定這個(gè)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(gè)級(jí)。輸入級(jí)由兩個(gè)緩沖(或放大)差分輸入信號(hào)的非反向放大器組成。輸出級(jí)由一個(gè)將差分信號(hào)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(gè)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)GDAand GIS是分別與差分放大器和輸入級(jí)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(gè)運(yùn)放均有一個(gè)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(gè)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(gè)查看圖3中針對(duì)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(duì)A1執(zhí)行同樣的分析可得到針對(duì)VOA1的方程式。

　　方程式2顯示針對(duì)VIN-DA的方程式，這個(gè)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(jí)偏移電壓被輸入級(jí)的增益，GIS，放大。

　　圖4用偏移電壓模型顯示了輸出級(jí)差分放大器。差分放大器的增益被設(shè)定為1V/V，這個(gè)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(duì)于偏移的影響不會(huì)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(jí)的增益，VOS_IS是輸入級(jí)的精偏移電壓，而VOS_DA是差分放大器級(jí)的偏移電壓。

　　即使方程式3看起來(lái)似乎與圖1中所示的偏移電壓一樣，實(shí)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(duì)應(yīng)圖1。

　　圖5是INA333的輸入級(jí)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(shí)，儀表放大器的偏移簡(jiǎn)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(lái)說(shuō)，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(duì)輸出的影響。