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运算放大器及电压比较器失调电压测试方法的研究运算放大器和电压比较器是电子领域中最常用的两种模拟集成电路。
在电路设计和实际应用中，失调电压是衡量这两种器件性能的重要参数。
本文将对运算放大器和电压比较器的失调电压测试方法进行研究，以期为电子工程师提供参考。
一、运算放大器失调电压测试方法1.直流偏置测试法直流偏置测试法是最常见的失调电压测试方法。
该方法通过在运算放大器的同相输入端和反相输入端分别加入相同的直流电压，测量输出端的电压差，从而得到失调电压。
测试步骤如下：（1）将运算放大器配置为同相放大器。
（2）在运算放大器的同相输入端和反相输入端加入相同的直流电压。
（3）测量输出端的电压差，即为失调电压。
2.交流测试法交流测试法主要用于测量运算放大器的动态失调电压。
该方法通过在输入端加入交流信号，测量输出端的电压差，从而得到失调电压。
测试步骤如下：（1）将运算放大器配置为同相放大器。
（2）在运算放大器的同相输入端和反相输入端加入相同的交流信号。
（3）测量输出端的电压差，通过计算得到失调电压。
二、电压比较器失调电压测试方法1.直流偏置测试法电压比较器的失调电压测试方法与运算放大器类似，同样采用直流偏置测试法。
测试步骤如下：（1）将电压比较器的同相输入端和反相输入端分别加入相同的直流电压。
（2）测量输出端的电压差，即为失调电压。
2.交流测试法电压比较器的交流测试法与运算放大器也有所不同。
测试步骤如下：（1）在电压比较器的同相输入端和反相输入端加入相同的交流信号。
（2）测量输出端的电压差，通过计算得到失调电压。
三、总结运算放大器和电压比较器的失调电压测试方法有多种，本文主要介绍了直流偏置测试法和交流测试法。
在实际应用中，工程师需要根据具体需求选择合适的测试方法，以确保电路的性能和稳定性。
同时，了解各种测试方法的优缺点，有助于提高测试的准确性和效率。
需要注意的是，测试过程中应严格控制测试条件，如温度、电源电压等，以确保测试结果的准确性。
实验五 集成运算放大器的参数测试一、实验目的1、学会集成运放失调电压U IO 的测试方法。
2、学会集成运放失调电流I IO 的测量方法。
3、掌握集成运放开环放大倍数Aod 的测量方法。
4、学会集成运放共模抑制比K CMR 的测试方法。
二、实验仪器及设备1、ＤＺＸ－１Ｂ型电子学综合实验台 一台2、XJ4323 双踪示波器 一台3、集成运放 uA741 一片 三、实验电路1、测量失调电压U IO 。
2、测量失调电流I IO 。
I IO =RR R U U O O ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-12121式中的U O1为测失调电压U IO 时的U O1 ，U O 2 为下面电路中测得的U O 。
U IO =211R R R+U O1R2 5.1KR2 5.1K3、测量开环放大倍数Aod 。
4、共模抑制比K CMR 。
注意：Ui 必须小于最大共模输入电压U iCM ＝12V四、实验内容及步骤 1、测量失调电压U IO（1） 按图接好电路，检查电路无误后接通电源，用示波器观察输出Uo 有无振荡，若有振荡，应采用适当措施加以消除。
（2） 测量输出电压，记做U O1，并计算失调电压U IO 。
2、测失调电流I IO（1） 按图接好电路，检查电路无误后接通电源，用示波器观察输出Uo 有无振荡，若有振荡，应采用适当措施加以消除。
（2） 测量输出电压，记做U O2，并计算失调电流I IO 。
3、测量开环放大倍数Rf 5.1KA Od =UiR R R U O 323+URf 5.1KK CMR = OCO A A d=UoU R R F i1•（1） 按图接好电路，接通电源。
（2） 在输入端加入Us ＝1V ，f ＝20Hz 的交流信号，用毫伏表测量Uo 和Ui ，计算出Aod 。
4、测量共模抑制比（1） 按图接好电路，接通电源。
（2） 在输入端加入一定幅值的频率为20Hz 的交流信号，用毫伏表测量Uo 和Ui ，计算出K CMR 。
运算放大器失调电压
运算放大器（OperationalAmplifier，简称Op Amp）是一种常用的电子器件，被广泛应用于放大、滤波、求和、积分、微分、比较等电路中，是模拟电路设计中的重要组成部分。
然而，在实际应用中，由于制造工艺、环境温度、供电稳定性等因素的影响，Op Amp可能会出现失调电压的情况。
失调电压是指在理想情况下，Op Amp的两个输入端的电势差为零时，输出端的电压仍然存在的误差电压，也称为输入偏移电压。
失调电压会使得Op Amp的放大倍数不精确，进而影响整个电路的性能和精度。
导致Op Amp失调电压的主要因素有以下几点：
1. 工艺因素：Op Amp的制造工艺可能存在偏差，导致某些元件的参数不完全一致，进而引起失调电压。
2. 温度变化：Op Amp的电路元件受到温度变化的影响，会导致输出端的失调电压发生变化。
3. 供电稳定性：Op Amp的供电稳定性不足，容易出现电源电压偏差，导致失调电压的产生。
为了减小Op Amp的失调电压，可以采取以下措施：
1. 选择失调电压小的Op Amp，同时尽量减小电路输入端的电势差，以降低失调电压的影响。
2. 控制温度和供电稳定性，保证Op Amp的工作环境稳定，减小失调电压的波动。
3. 在设计电路时，采用差分输入结构，利用反向反馈等方法抵消失调电压的影响。
总之，Op Amp的失调电压是一个常见的问题，但可以通过选择合适的器件和控制工作环境等方法来降低其影响。
运放的失调电流与失调电压先来介绍下失调电流与电压如果运放两个输入端上的电压均为0V，则输出端电压也应该等于0V。
但事实上，输出端总有一些电压，该电压称为失调电压VOS。
如果将输出端的失调电压除以电路的噪声增益，得到结果称为输入失调电压或输入参考失调电压。
这个特性在数据表中通常以VOS给出。
VOS被等效成一个与运放反相输入端串联的电压源。
必须对放大器的两个输入端施加差分电压，以产生0V输出。
VOS随着温度的变化而改变，这种现象称为漂移，漂移的大小随时间而变化。
漂移的温度系数TCVOS通常会在数据表中给出，但一些运放数据表仅提供可保证器件在工作温度范围内安全工作的第二大或者最大的VOS。
这种规范的可信度稍差，因为TCVOS可能是不恒定的，或者是非单调变化的。
VOS漂移或者老化通常以mV/月或者mV/1,000小时来定义。
但这个非线性函数与器件已使用时间的平方根成正比。
例如，老化速度1mV/1,000小时可转化为大约3mV/年，而不是9mV/年。
老化速度并不总是在数据表中给出，即便是高精度运放。
理想运放的输入阻抗无穷大，因此不会有电流流入输入端。
但是，在输入级中使用双极结晶体管(BJT)的真实运放需要一些工作电流，该电流称为偏置电流(IB)。
通常有两个偏置电流：IB+和IB-，它们分别流入两个输入端。
IB值的范围很大，特殊类型运放的偏置电流低至60fA(大约每3μs通过一个电子)，而一些高速运放的偏置电流可高达几十mA。
单片运放的制造工艺趋于使电压反馈运放的两个偏置电流相等，但不能保证两个偏置电流相等。
在电流反馈运放中，输入端的不对称特性意味着两个偏置电流几乎总是不相等的。
这两个偏置电流之差为输入失调电流IOS，通常情况下IOS很小。
运放的指标：1、开环差模电压增益Avd：运放在没有外部反馈作用时的差模直流电压增益称为开环差模电压增益，它是决定运放电路运算精度的重要因素，定义为运放开环是的输出电压与差模输入电压之比，即：Avd＝Vod/Vid也可用分贝表示为：20×lg（Avd）＝20×lg（Vod/Vid）对于一般运放，Avd在（80～120）dB之间，高精度的运放Avd可达（120～140）dB。
CMOS运算放大器失调电压消除设计肖本;肖明【摘要】基于直流对称偏置技术、版图的对称布局布线和先进的CMOS工艺技术.文中设计了一种低失调电压的高性能运算放大器.测试结果表明,在负载电容100 pF 和电阻10 kΩ的情况下,最大失调电压＜2 mV;开环增益为98 dB;单位增益带宽达到10.4 MHz;相位裕度为55°;电源抑制比为-87 dB.该电路可广泛用于高性能数模混合电路、高性能模拟、计算、控制等系统中.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)002【总页数】4页(P139-142)【关键词】对称偏置;运算放大器;失调;CMOS【作者】肖本;肖明【作者单位】广东机电职业技术学院电气学院,广东广州510051;深圳芯卓微科技有限公司,广东深圳518100【正文语种】中文【中图分类】TN432高精度ADC、DAC以及滤波电路中运算放大器的电压失调问题已经成为了一个处理的难点。
一方面失调电压直接影响数模或者模数转换器的精度，另一方面失调电压通常又无法避免。
运算放大器电压失调包括系统失调电压和随机性失调电压。
通常采用Bipolar工艺设计的运算放大器，其失调电压都够达到比较理想的效果，但是采用Bipolar工艺成本高、功耗大，在实际应用中很少采用。
当今主流CMOS工艺集成度高、版图面积小、成本低、而且功耗也低，但CMOS工艺设计出的运算放大器，如果不进行特殊处理，其失调电压通常达到10 mV以上。
本文提出了一种新颖的CMOS运算放大器失调电压降低技术，对电路进行了仿真验证，并进行流片测试。
1 工作原理和电路设计1.1 运算放大器失调电压产生机理放大器的失调电压主要由两部分组成:随机失调电压与系统失调电压。
随机失调电压主要由本应匹配的器件在制造过程中的工艺的缺陷造成不匹配，或由本应匹配的器件在工作过程中受到不同影响而引起;系统失调电压主要由输入级或有源负载M O S管的漏极电压的不同造成。
运算放大器总输出失调电压计算
–+V OS
∼R2R1R3I B–I B+V
OUT
OFFSET (RTO) = V OS 1 +R2
R1+ I B+•R3R2
R11 +–I B–•R2
OFFSET (RTI ) = V OS + I B+•R3–I B–R1•R2R1 + R2
FOR BIAS CURRENT CANCELLATION:
OFFSET (RTI) = V OS IF I B+= I B–AND R3 = R1•R2
R1 + R2
NOISE GAIN =
1 +
R2
R1
NG =GAIN FROM
"A" TO OUTPUT =
GAIN FROM
"B" TO OUTPUT =–R2
R1
A B 图1：运算放大器总失调电压模型
Rev.0, 10/08, WK Page 1 of 2
MT -039指南
计算由I B 和V OS 引起的总输出失调误差
通过下图1中所示的公式，可将所有失调电压和由偏置电流误差导致的失调电压折算至运算放大器的输入(RTI)或输出(RTO)。
选择RTI 还是RTO 基于个人偏好。
RTI 值可用于比较累积运算放大器失调误差和输入信号。
如果运算放大器驱动附加电路，RTO 值更适合用来比较该级和下一级的净误差。
在任何情况下，RTO 值都可以简单通过将RTI 值与该级噪声增益(1 + R2/R1)相乘得出。
MT-039开始讨论失调误差前，需要重申一些降低失调误差的简单规则。
•保持较低的输入/反馈阻抗值，最大程度地降低由偏置电流效应引起的失调电压。
• 不采用内部偏置补偿，而是将偏置补偿阻抗用于VFB运算放大器。
对该阻抗进行旁路，以实现最低噪声拾取。
• 如果VFB运算放大器采用了内部偏置电流补偿，不要使用补偿电阻。
• 必要时，使用外部失调调整网络，使引起的漂移降至最低。
• 选择具有低失调和漂移性能的适用精密运算放大器，而不是进行调整。
• 注意热电偶效应，并使用平衡、低热误差布局，以实现高性能低漂移电路。
参考文献：
1.Hank Zumbahlen, Basic Linear Design, Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available as
Linear Circuit Design Handbook, Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 978-
0750687034. Chapter 1.
2.Walter G. Jung, Op Amp Applications,Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op
Amp Applications Handbook, Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.
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