【运算放大器】输入失调电压和输入偏置电流（2）实例计算

概述

根据上一篇文章的理论，分别计算没有输入电阻和有输入电阻两种情况下的运放总输出误差。例题来自于TI高精度实验室系列课程。

实例计算 1：没有输入电阻

要求：如图所示，配置跳线帽，使运放的输入电阻RIN为0，分别计算，当图中的运放U5和U6分别为OPA211和OPA188时，最终输出电压Vout在输入失调电压Vos和输入偏置电流IB分别为典型值和最大值时的大小。

1、查找OPA211和OPA188这两款运放的数据手册，如下图所示：

OPA211：

OPA188：

可知以下信息：

2、分析：U5同相输入端接地，构成一个反相放大电路。R8和R12并联电阻值为：

$$R_{eq}=R_8//R_{12}=\frac{R_8{R}_{12}}{R_8+R_{12}}\approx 1k\Omega$$

同理可求出R10和R14的并联电阻。设U5输出为$U_{5out}$，则：

$$U_{5out}=(1+R_8/R_{12})\ast (V_{OS}+I_B\ast R_8//R_{12})$$

对于U6，其同相端输入电压为U5电路输出电压$U_{5out}$与U6的输入失调电压之和，即：

$$U_{6in}=U_{5out}+V_{OS}$$

那么U6的输出电压Vout为：

$$V_{out}=(1+R_{20}/R_{14})\ast (U_{6in}+I_B\ast R_{20}//R_{14})=(1+R_{20}/R_{14})\ast (U_{5out}+V_{OS}+I_B\ast R_{20}//R_{14})$$

整理上式，由于VOS和IB均分正负值，因此需要分别计算其各自为正负值时的情况，并取最大值。计算得：

$$V_{out}=\pm 192.78mV，OPA211，典型值$$

$$V_{out}=\pm 642.60mV，OPA211，最大值$$

$$V_{out}=\pm 13.19mV，OPA188，典型值$$

$$V_{out}=\pm 56.55mV，OPA188，最大值$$

实例计算 2：有输入电阻

要求：如图所示，配置跳线帽，使运放的输入电阻RIN为5kΩ，分别计算，当图中的运放U5和U6分别为OPA211和OPA188时，最终输出电压Vout在输入失调电压Vos和输入偏置电流IB分别为典型值和最大值时的大小。

与例1不同，当U5接入输入电阻，其输入偏置电流对电路总输出误差影响将有很大提高。

同样，设U5输出为$U_{5out}$，则：

$$U_{5out}=(1+R_8/R_{12})\ast (V_{OS}+I_B\ast R_8//R_{12}+I_B\ast R_{15})$$

对于U6，其同相端输入电压为U5电路输出电压$U_{5out}$与U6的输入失调电压之和，即：

$$U_{6in}=U_{5out}+V_{OS}$$

那么U6的输出电压Vout为：

$$V_{out}=(1+R_{20}/R_{14})\ast (U_{6in}+I_B\ast R_{20}//R_{14})=(1+R_{20}/R_{14})\ast (U_{5out}+V_{OS}+I_B\ast R_{20}//R_{14})$$

整理上式，由于VOS和IB均分正负值，因此需要分别计算其各自为正负值时的情况，并取最大值。计算得：

$$V_{out}=\pm 829.08mV，OPA211，典型值$$

$$V_{out}=\pm 2498.475mV，OPA211，最大值$$

$$V_{out}=\pm 14.89mV，OPA188，典型值$$

$$V_{out}=\pm 71.3958mV，OPA188，最大值$$

总结

由上述两例计算可知，当运放存在输入电阻时，运放本身输入偏置电流的影响往往不可忽视。此时，选择具有更小输入偏置电流的运放是提高直流精度的有效方法。另外，也可通过选择较小的电阻，降低电流对直流误差的贡献程度。但也不可太小，需要兼顾功耗问题。