集成运算放大电路的误差分析及外围元件参数的选择

　　摘要： 分析集成运算放大电路运算误差的表现形式， 给出了如何恰当选择集成运算放大器外围元件参数，减小运算误差的合理途径和具体原则。

　　集成运算电路是用来放大微弱信号的精密运算电路， 集成运放的型号及外围元件参数的大小与运算电路的运算和稳定性直接有关。在作有关集成运算放大器应用电路的设计时， 为简便起见，常将集成运放看作理想运放， 如文〔1〕、〔2〕。实际运放并不是理想的， 存在失调、温度漂移误差， 以及闭环增益误差。也即在输入端无信号输入时， 输出端仍输出不为零的电压。虽然可以试尝通过运放的调零电路进行调节使输出端电压趋于零（失调过大时不适于调零）。但集成运放调零电路是以改变差动输入级的对称性来实现调零的， 调零作用过大时， 差动输入级的对称性就会严重失配， 从而使集成运放的共模抑制性能变坏。而且在集成运放外接电路电阻阻值过大时， 失调电流的影响较严重， 用调零的方法来补偿失调输出， 势必造成差动输入级的严重失衡， 以至会大大降低集成运放抑制漂移的性能。另外， 集成运放的温度漂移是无法通过调零电路来消除的。因此在作运放应用电路设计时， 为提高运放的和工作稳定性， 应该在不考虑调零电路作用时， 要求输出失调电压（即当无信号输入时，输出端存在的电压） 尽可能的小， 或等价地要求输入失调电压（无信号输入时， 为使输出端电压为零而在输入端加的补偿电压） 尽可能小。本文以反相比例运算电路为例， 通过分析运放的各种运算误差表现形式， 来寻找减少误差的合理途径， 并对集成运算放大器外围元件参数的选择给出一些具体原则，用本文的方法设计的集成运算电路显然比文〔1〕、〔2〕更合理。

　　1 集成运算电路的失调、漂移所引入的运算误差

　　1.1 输入失调电压及温漂所引入的输入端误差电压

　　理想运放当输入信号电压为零时， 输出电压也为零， 实际运放当输入信号电压为零时， 输出电压并不为零。为了使实际运放无信号输入时， 输出电压为零， 我们设想在输入端人为地加一个补偿电压，叫做输入失调电压U_IO , 那么输入失调电压U _IO 实际上是无输入信号时， 输出电压折合到输入端电压的负值。若将输入失调电压的温度漂移记作△U _IO , 失调电压及温漂的和用U ′_IO 表示， 则U ′_IO = U _IO +△U_IO。

　　如图1 所示（图中实线三角形表示失调电压为零的理想放大器， 虚线三角形表示被测的实际放大器， 文中各图均如此） , 将一个数值上等于U ′IO 的电压源加到实际运算放大器的输入端可使运放的输出电压为零。根据理想运放的两条重要结论（文〔3〕） 和电路理论可得：

图1

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