输入失调电压Vos(Voltage - Input Offset),指的是为使运算放大器输出端为0V所需加于两输入端间之补偿电压。理想之运算放大器其Vos应该为0V。
输入失调电压相当于加载输入端的一个额外的电压源。举个例子:
如果闭环增益G=1(如下图左边), 失调电压Vos传导到输出端Vout = Vos
如果闭环增益G=1000(如下图右边),失调电压Vos传导到输出端Vout = 1000Vos
图1:不同闭环增益下的失调电压Vos对于输出电压影响(图片来源:TI)
所以,闭环增益越大,失调电压对于输出的影响越大。
除此之外,我们还要注意一点。失调电压不是一直不变的,最大的失调电压变化一般出现在输出极值时。
为了保证失调电压在可控范围内,我们还要关注开环增益。我们在定义开环增益时,比如TI的TLV8542,我们会发现开环增益的工作条件分别在电源正轨道-0.6V,负轨道+0.6V定义。
图2:TLV8542开环增益(图片来源:TLV8542数据手册)
如下图,横坐标输出电压Vout从负电源轨-Vs到正电源轨+Vs变化。蓝线代表开环增益,开环增益会在接近电源正负轨时,我们可以看到急剧恶化。
所以对于开环增益的定义,很多厂商(比如TI), 会在一个较大的输出摆动范围求其平均值,以实现良好的线性运行。比如选择电源正轨道-0.6V,负轨道+0.6V来计算开环增益,如上图红线。
最大的失调电压变化一般出现在输出极值时,比如接近电源正负轨。在中间部分,增量开环增益较高,然后在输出接近电源正负轨道附近的时候下降。如果将运算放大器推向其摆幅极限时(超负荷工作),失调电压会更剧烈地上升。
让我们来做一些具体的计算。如果直流开环增益为100dB,则相当于:
因此,每从中位电压输出摆动1V,输入电压必须改变10μV。可把它看作随直流输出电压变化的失调电压。输出摆动9V,变化为90μV。
所以,为了保证失调电压在可控范围内,尽量不要让放大器工作在超负荷工作,从而导致更大的失调电压。