运放参数详解：输入失调电压Vos及其温度漂移

运放参数详解：输入失调电压Vos及其温度漂移

运放（运算放大器）是电子工程中常用的器件，其性能参数直接影响电路的精度和稳定性。其中，输入失调电压Vos是一个关键参数，它不仅影响电路的静态精度，还会随温度变化而漂移，给电路设计带来挑战。本文将详细解释Vos的定义、来源、影响以及如何计算其引起的误差，并介绍TI的一些低输入失调电压运放产品。

在运放的应用中，不可避免地会碰到运放的输入失调电压Vos问题，尤其是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。举个简单而经典的例子，由于输入失调电压的存在，会让我们的电子秤在未经调校时，即使没有放东西，也会有重量显示。我们总不希望买到的重量与实际重量有差异，特别是在购买贵重物品时，这种误差可能会带来不小的经济损失。

输入失调电压Vos的定义

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。这个现象是由运放的输入失调电压引起的。

严格来说，输入失调电压Vos定义为：为了使运放的输出电压等于0，必需在运放两个输入端加的小电压。这个需要加的小电压即为输入失调电压Vos。需要注意的是，这个定义强调的是为了使输出电压为0而加的输入电压，而不是输入相同时输出失调电压除以增益。

输入失调电压Vos的来源

运放的输入失调电压主要来源于运放差分输入级两个管子的不匹配。受工艺水平的限制，这种不匹配是不可避免的。差分输入级的不匹配不仅会引起输入失调电压，还会引起其他问题，如增益误差等。

输入失调电压Vos的影响

我们关注输入失调电压，是因为它会给放大电路带来误差。下面分析它带来的误差。在计算之前，我们再认识一个让我们不太爽的参数，失调电压的温漂，也就是说，上面提到的输入失调电压会随着温度的变化而变化。而我们的实际电路的应用环境温度总是变化的，这又给我们带来了棘手的问题。

下表是在OPA376 datasheet上截取下来的参数。它温漂最大值为1uV/℃(-40℃to 85℃)。一大批运放的Vos是符合正态分布的，因此datasheet一般还会给出offset分布的直方图。

当温度变化时，输入失调电压温漂的定义为：

刚忘记了另一个重要的参数，就是运放输入失调电压的长期漂移，一般会给出类似uV/1000hours或uV/moth等。有些datasheet会给出这一参数。

下面举例计算一下OPA376，在85℃时的最大失调电压，主要是两部分，一部分是25度时的输入失调电压，另一部分是温度变化引起的失调电压漂移。

具体步聚如下图。从结果来看似1uV/℃温漂，在乘上温度变化时，就成为了误差的主导。因此，如果设计的电路在宽的温度范围下应用，需在特别关注温漂。

Vos(85℃)= 25uV+60uV=85uV.

如果放大电路的Gain改为100,则最大输出失调电压就为8.5mV。这是最差的情况。

输入失调电压Vos的测试

关于输入失调电压的测试在"运放参数的详细解释和分析-part2，如何测量输入偏置电流Ib，失调电流Ios"中有介绍，感兴趣的话，可以去看看。还有简单的测试方法，如下图：

Vos = Vout/1001

需要提醒的是，使用简易方法测试单电源运放的输入失调电压时，需要将输入端短路并提供一个低噪声的稳定电压偏置。如下图。

低输入失调电压运放产品

TI的运放水平在全球一直处于领先地位，下面列一些TI的低温漂运放，它们的最大漂移只有0.05uV/℃。输入失调电压Vio最大值只有5uV。