你好，放大器

这里涉及到三个关键指标，输入失调电压 Vos、输入偏置电流 Iв、输入失调电流 Ios。它们三个都是调皮鬼，理论上都应该为 0，但是实际上总是不为 0，影响放大器的正常工作。

它们的影响主要表现在两个方面： 第一，在放大器 0 输入电压时，导致输出不为 0， 这来自于输入失调电压，以及某些情况下偏置电流和失调电流。 第二，在电流检测时，影响检测精度，这主要来自于输入偏置电流。

放大电路的输入电压为 0 时，导致输出不为 0 的原因一般有三个，输入失调电压 Vos，输入偏置电流 Iв，输入失调电流 Ios，其中后两个的影响依赖于放大电路外部的电阻。

以我们常见的运放 OP07 为例说明。图 2-3 是 OP07 数据手册提供的指标，以及一个 OP07 的应用电路。 规定电路中运放正端外部电位 U+，负端电位 U-，从正端流进电流为 Iв1，负端流进电流为 Iв2，则输入偏置电流 Iв和输入失调电流 Ios分别为：

根据图 2-1 和图 2-2 以及对应的标准定义，可以得到：

根据上述方程组，可以解得 其中，Gn被称为噪声增益，在噪声计算、输出失调计算中应用很广泛。其含义如下： 对一个放大电路，如果是同相比例器，其电压增益为：

对一个放大电路，如果是反相比例器，其电压增益为：

但是，这两个电路在输入端接地时，是完全一样的。定义它们的同相输入电压增益为噪声增益： 之所以定义同相放大器增益为噪声增益，原因是，噪声源、失调电压源在运放分析中都被定义在了同相输入端，它们确实会被放大1+ RF/R2 倍。

从式 2-1 可以看出，当输入端接地时，实际的输出与输入失调电压 Vos有关，与输入电流 Iв1、Iв2 有关，与外接的电阻有关。能得出如下结论： 1） 如果 Iв1=Iв2，那么选择 R1=R2//RF，可以使电流形成的失调电压项会消失。这就是教科书上教给大家的电阻匹配方法。但这种方法的根基并不牢靠，Iв1=Iв2 可能性不大。 2） 外部电阻越大，电流引起的输出失调越明显。尽管某些运放输入偏置电流很小，只要外部电阻足够大，总能让电流项在输出失调中显现作用。

小试牛刀，用 Multisim12.0 对 OP07AH 进行仿真，电路图和测试结果如图 2-4 所示 首先用图中左下角电路，一个跟随器来近似测量 OP07AH 的失调电压和电流，得 Vos=0.011mV，Iв1=0.536nA，Iв2=0.835nA。解得 Iв=0.6855nA，Ios=-0.299nA。对比图 2-3 中 Table 1，Vos （Vos定义为当运放接成跟随器且正输入端接地时，输出存在的非 0 电压） 典型值为 30μV，最大 75μV，显然仿真软件中测得的 11μV 符合这个指标。Iв为±1.2nA，Ios为 0.5nA。显然仿真软件测得的结果也符合这个指标。 按照式(2-1)结合图 2-4 右上角电路，可以计算出如下结果： 𝑈𝑜 = 𝐺N(𝑉os +𝐼в2𝑅2//𝑅𝐹 −𝐼в1𝑅1) = 0.022mV，与仿真测试结果完全吻合。 增大图 2-4 电路中的 R4，即图 2-3 或者式(2-1)中的 R1，显然可以将输出失调变为 0， 由 1kΩ 变为 21.5kΩ，仿真实测中输出只有 0.068μV。但是，这种方法仅仅能够满足我们的 虚荣心，在实际操作中是万万不可能的——毕竟同一批运放，是参数分散性也是巨大的， 受时漂、温漂的影响也是不受我们的意志为转移的。

失调电压和偏置电流以一种直流形式存在，最终结果是在运放的输出端出现不该有的直流分量，简称它们为“直流意外”。

有以下结论需要牢记： 1） 在多数交流耦合电路中，无需考虑这些“直流意外”的存在。 2） 单级增益较大的交流耦合电路，需要注意“直流意外”会降低输出端的动态范围。 3） 在直接耦合电路中，特别是对直流精度要求较高的电路中——比如电子称，需要 格外注意这些“直流意外”。

图 2-5 中(a)图是一个电流检测电路。理论上： 而实际得到的输出是： 后两项即为直流意外。要想让直流意外远小于理论输出，必须保证：

即选用输入偏置电流非常小的运放，这取决于被测电流最小分辨率。

即选用失调电压很小的运放，这也取决于被测电流最小分辨率以及 电阻的选择。

为保证宽温度范围的正常工作，还需要考虑“直流意外”随温度的变化。

图 2-5(b)是一个交流耦合放大电路，多用于高频放大。多数情况下，因前级后级均有电容隔直，直流意外似乎不会成为什么问题，这容易使得设计者在此放松警惕。但某些不细致的设计会使得“直流意外”影响正常工作。 1） 当 RF远大于 R1时，设计者原本希望实现单级较高增益时，直流意外将被放大 GN倍，这使得 GN*Vos会明显偏离 0 点，会降低输出信号摆幅，如图 2-5(b)右下 角所示。多数高频放大器具有几个 mV 的输入失调电压，100 倍放大即可产生 几百 mV 的偏移，这是不可忽视的。 2） 为了降低下限截止频率，设计者可能无休止地增大电阻 R，这使得偏置电流对 直流意外的贡献占据主导地位。比如 R=5k，运放的偏置电流 Iiв=50μA，那么 正输入端在静默时就存在一个 0.25V 的直流电压，这是一个非常严重的情况， 它已经远远超出了输入失调电压几个 mV 的范畴。

因此，面对输入偏置电流较大的运放（几个 μA 到几百个 μA），谨慎选择外部电阻是 非常重要的。

图 2-5©是反相比例器，同样也会受到“直流意外”的影响。

克服直流意外对电路的影响，有以下方法。

1） 选择合适的运放。 这是最为靠谱的方法。一般来说，我们的设计不会逃脱前人常见的设计，我们遇到的问题前人也遇到过。芯片制造商也会针对这些问题，生产出合适的运放。我们遇到的问题，没有一款合适的运放可以选择，这种情况很少发生，除非我们站在科学的最前沿。 多数情况下，合适的运放就在那儿，只是看你能否找到。 因此，从生产商处下载具有全部参数的表格，按照初选、细看、找应用实例的步骤， 一般都能找到合适的运放。只有找到一款运放，它天生就适合你的要求，才是解决问题的正道。

2） 选择合适的外部电阻。 即便选择了合适的运放，没有合适的外部电阻也是白搭。外部电阻对电路性能的影响 可以分为两种：第一，选择最小的电阻以降低电流对直流意外的贡献；第二，调配电阻值 以抵消直流意外，虽然本书一再强调对此应谨慎使用。

3） 调零和控温。 这是万般无奈的方法。很多运放具有调零管脚，可供用户通过电位器或者调配电阻实 施调零。也有很多运放不具备这个管脚，可以采用外部增加电路实现调零，可以输入端调零，也可以输出端调零。很多数据手册上给出了芯片的调零方法。

之所以说这种方法是万般无奈的方法，是因为调零存在以下问题： ①在某些温度下实现的调零，当温度变化后，它又不是零了 或者过了几年，时漂 发挥作用了。 ② 手工调零不适合于大规模生产。  ③ 电位器存在于电路中是一个可靠性隐患