02.输入失调电压(Input Offset Voltage)

输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。

失调电压定义：

为了使运放的输出电压等于0，必需在运放两个输入端加一个小的电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos。

失调电压来源：

与运放的失调电流形成原因类似，运放的输入失调电压也是来源于运放差分输入级两个管子的不匹配。如下图 1 所示，受工艺水平的限制，正负输入端不匹配是不可避免的。高速运放或通用运放，输入失调电压一般在mV数量级。而精密运放的输入失调电压一般小于10uV，我用过的精密运放失调电压Type值是5uV，不过也要贵好多。

图 1 运放输入级结构

数据手册中的失调电压的相关含义：

如下图 2 所示为OPA333运放数据手册中的失调电压，由图中我们可以看到与之相关的主要有两项，失调电压和失调电压温漂(暂时不讨论失调电压温漂)。失调电压典型值2uV，最大值10uV，这是什么含义呢？同一种型号的运放，一颗芯片与另外一颗芯片的输入失调电压是不一样的。同一颗运放，不同条件下测试，它的输入失调电压也会变化。但是，对于同一型号运放来说，它的输入失调电压会满足一定的统计学规律。如下图 3所示

图 2 数据手册中的失调电压

图 3 高斯分布图

因此，根据OPA333给出的典型值2uV，最大值10uV，面对任意一颗拿到的OPA333芯片，我们可以得到如下两个结论：

• 在标准测试条件下，该运放的输入失调电压可能是正值，也可能是负值，但是其绝对值不会超过10uV；

• 在标准测试条件下，该运放的输入失调电压绝对值下于2uV的概率为68.2%；

输入失调电压Vos导致的问题：

我们关注输入失调电压，是因为它会给放大电路带来误差，尤其在对直流信号进行放大时，由于输入失调电压Vos的存在，放大电路的输出端总会叠加我们不期望的误差。理想情况下，当运放两个输入端的输入电压相同时，运放的输出电压应为0V，但实际情况却是，即使两输入端的电压相同，放大电路也会有一个小的电压输出。如下图 4 ，这就是由运放的输入失调电压引起的。

图 4 失调电压示意图

在一些微弱信号检测的案例中，如手持测温仪中常用的热电堆传感器，其特定条件下产生的电压信号只有几百uV，因此在做这一类信号处理时就需要格外注意Vos参数。另外我个人认为运放的偏置电流以及失调电流其实终归也是会转换成失调电压对电路造成误差影响，只不过失调电流以及偏置电流是通过放大电路中的电阻间接变成失调电压的 。因此我更倾向于下图 5

图 5 广义失调电压(个人理解)

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