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電路設(shè)計(jì)模擬運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓變化
如今，我們經(jīng)常可以找到具有相對于系統(tǒng)要求而言非常低的典型失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器。如果這些運(yùn)放之一適合項(xiàng)目預(yù)算，則在設(shè)計(jì)過程中我們幾乎不需要考慮失調(diào)電壓。
但是，有時(shí)運(yùn)放操作的這種非理想方面會以明顯的方式影響電路的性能。本文的目的是提出一種通過SPICE仿真分析失調(diào)電壓影響的方法。
下圖提供了該電路的原理圖和理論輸入-輸出關(guān)系。
什么是輸入失調(diào)電壓？
運(yùn)算放大器內(nèi)部不可避免的組件失配會導(dǎo)致0 V差分輸入產(chǎn)生非零的正或負(fù)輸出電壓。輸入失調(diào)電壓是您必須施加到一個(gè)輸入端子上的電壓，以補(bǔ)償不匹配，從而對于0 V輸入實(shí)現(xiàn)0 V輸出。
失調(diào)電壓是有問題的，因?yàn)樗鼤?dǎo)致運(yùn)算放大器偏離理想化模型，從而產(chǎn)生更好的結(jié)果并且更加人性化。此外，無法高精度地預(yù)測這種偏差的嚴(yán)重性：只有在參考典型或最大偏置電壓時(shí)，數(shù)據(jù)表才能使用一個(gè)數(shù)字來描述偏置電壓。
為了更完整地了解失調(diào)電壓行為，您需要查看表征許多（相同零件號）器件的情況下獲得的分布。
我將AD8606運(yùn)放用于電流泵仿真。AD8606數(shù)據(jù)表提供以下圖表，以幫助我們了解該器件號的失調(diào)電壓值的分布：
分布的形狀類似于正態(tài)（aka高斯）分布的形狀，這并不奇怪，因?yàn)楫?dāng)測量值受多個(gè)隨機(jī)變化的參數(shù)影響時(shí)，我們期望正態(tài)分布。
模擬輸入失調(diào)電壓
如果要在電路分析中加入失調(diào)電壓，則可以在運(yùn)算放大器的正或負(fù)輸入端子上串聯(lián)一個(gè)直流電壓源。結(jié)果是電路模型看起來像這樣：
橙色運(yùn)算放大器是理想的運(yùn)算放大器，或者至少是沒有失調(diào)電壓的運(yùn)算放大器。紅色運(yùn)算放大器代表了我們通過將理想運(yùn)算放大器與直流電壓源相結(jié)合而創(chuàng)建的“更逼真的”運(yùn)算放大器。
如果必須選擇一個(gè)值，則電壓源的值通常為典型偏移電壓或最大偏移電壓。在SPICE仿真中，我們可以選擇許多不同的值。
模擬失調(diào)電壓的影響
的MC功能，然而，根據(jù)均勻分布產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)。我們想要具有正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)，因此我們將改用高斯函數(shù)。這是電路：
我的目的是僅分析失調(diào)電壓的影響。所有電阻均設(shè)置為無容差的標(biāo)稱值，并且運(yùn)算放大器是LTspice的理想單極運(yùn)算放大器，而不是對應(yīng)于實(shí)際元件的宏模型。
我希望失調(diào)電壓能夠反映出實(shí)際運(yùn)放中可能會看到的變化，并且由于我在先前的仿真中使用了AD8606，因此我決定根據(jù)AD8606的失調(diào)電壓特性來設(shè)計(jì)此仿真。換句話說，我試圖近似由本文前面介紹的直方圖傳達(dá)的偏移電壓分布。
AD8606數(shù)據(jù)手冊提供的典型失調(diào)電壓值為20μV，因此我將其用作代表失調(diào)電壓的電源的標(biāo)稱值。傳遞給高斯函數(shù)的參數(shù)是隨機(jī)生成數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)偏差。因此，我的偏移電壓值定義為{20μ+ gauss（50μ）}，這意味著高斯分布的平均值為20μV，標(biāo)準(zhǔn)偏差為50μV。
均值和標(biāo)準(zhǔn)差的這種組合產(chǎn)生的分布與AD8606報(bào)告的直方圖相當(dāng)合理?？梢允褂孟嗤募夹g(shù)來近似任何具有近似正態(tài)分布偏移電壓值的運(yùn)算放大器部件號的偏移電壓規(guī)格-您僅需要根據(jù)需要更改平均值和/或標(biāo)準(zhǔn)偏差。