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求助这样子测量运放的输入失调电压Vos不知道正确否?

各位德州仪器的技术支持工程师你们好,非常感谢贵公司提供了非常精彩的关于信号链的高精度实验室的视频讲解,整体学习完后感觉个人在运放方面的基础又打扎实了许多,现在要运用这些知识进行设计了,目前实际项目中需要放大几十uV的由热电偶发出来的信号,下面碰到了几个疑问,请多多指教。

一是,由于热电偶的输出电压相对较小,只有几十uV / 摄氏度,并且响应速度较慢,我选用了OPA277U这款高精度运算放大器,主要是看中了它的超级低的输入失调电压±20uVmax以及输入偏置电流±1nAmax,并且有非常高的低频开环增益以及共模抑制比,不知道我出于这种看法来选用这款芯片对吗?

二是,请帮忙看下,由于我实际电路中只用了一级的放大,我对Vos的测量方法不知道正确不?我测量Vos使用的是电压跟随缓冲器电路,直接将电压跟随缓冲器的同相输入端接地,然后测量运放的输出,实测得到47uV,不知道这个47uV就可以认为是Vos正确不?请见我的附件中的图1

三是,我首先结合我所测量到的输入失调电压Vos=47uV以及手册中给出的输入偏置电流IB=1nAmax手工根据理论公式来进行计算最后实际的同相比例放大电路的理论输出电压误差:Verror=(1+Rf / R1)*(Vos + IB*Rf // R1 )=(1+ 25.12K / 100R)*(47uV + 1nA * 25.12K // 100R)=11.87mV ,然后我再进行实际电路测试得到15.6mV,这个实际的15.6mV与运用测量到的Vos=47uV结合理论公式算出的11.87mV差4mV,非常接近理论计算,从而实际测量的结果15.6mV可以接受 ,这样子进行测量与对比正确吗?

四是,我根据技术手册在1与8脚间引入调零电位器,实际无论调零电位器怎么调都无法让运放的输出归零,这是怎么回事呢?是不是本来这款芯片输出失调电压就很低了,无需引入额外的调零电位器或者引入后效果也不大明显呢?如图3

最后请TI 的技术支持工程师帮忙解答下我的几个问题,我虽然工作了好几年了,但是没有像现在那么细的对电路进行分析和验证,谢谢各位先了!

  • 运放输入失调电压是指输入信号为零时,输出端出现的电压折算到同相输入端的数值。

    运放输入失调电压测试只要将运放连接成差分放大电路(也称减法电路),再将两个输入端短接之后接地即可。
    为了方便测量,可设置较大的增益

    图2 是比较常用的办法

  • 你好 谢谢你的回复 请针对我的问题逐个回答,比如说图1是否可用于测量Vos,图2里头的输出电压误差不仅仅有VOS还有IB引起的 因此不大赞成您的说法 谢谢您热心的回复

  • 在运放的那篇“OP for everyone"的手册里给出了如何测量运放输入失调电压的两个基本电路,现附在这里。

  • 非常感谢您的回复 谢谢! 我也想知道我用电压跟随缓冲器将同相输入短接到地的形式也就是如我附的图的形式然后直接测量其输出,此时这个输出是否也可以认为是输入失调电压Vos呢?  还有就是如果这样子测量到的Vos是正确的,是否在我的问题三中计算的由于偏置电流的不对称以及输入失调电压Vos共同引起的输出电压误差的计算结果11.84mV是否是认为是正确的呢? 与实际我用图2电路进行测量得到的非零输出的15.6mV这个电压误差进行比对,结果差不多,然后认为这样子整个计算与测量结果就是正确的 可否这样子认为呢?即理论计算得到的输出电压误差与实际测量得到的电压误差是符合一致的结论。  还有我在问题一中提出的 我自己选用OPA277U进行热电偶温度测量的种种理由是否是合理的呢?  

    可能我问的太多太罗嗦了  我是一个比价追求问题原因的人 实在对各位造成困扰说声对不起先啦!  不过还是I really appreciate your help!   :)

  • 1、热电偶的信号是比较小的电压信号,因此要选择失调电压较小和噪声较小的运放,至于合不合理看你的精度要求,其余不太重要。

    2、您测试的Vos是正确的。但是存在一些潜在问题,这么小的信号您是很难准确测量的,所以一般的方法就是先放大,然后在折算回去。即TI 的员工给您提供的图片

    3、一切以测试数据说话,前提是您的数据是准确无误的。首先恭喜您的公式是没有错误的,计算结果应该也对。但是实际测试结果和理论值的差距为区区4mv,但是不要忘了实测值也只有15mv而已,所以您的误差在26%,误差还是挺大的。至于误差的来源就比较多了,最主要的误差源就是测量误差、电阻精度误差。

    4、即使是offset再低,既然OP出厂前带有trim脚,那肯定是可以通过trim脚使offset更低!您说怎么调都不到零具体的现象是什么?比如最小可以到多少?

    答追问

    请注意参考TI 工作人员给的参考电路图、他的R1非常非常小,只有10Ω,与反馈电阻并联后的阻值更小大概为10Ω,那么由Ib引起的噪声电压为10nV,区区10nV而已,是offset的千分之一,所以可以大胆的忽略。

    以上仅供参考!

  • 你好 非常感谢贵技术友人对我的每个问题的细心回答,一路有同道人相伴感觉技术路上就没有孤独感,尤其是有共同探讨话题与语言时这种感觉非常强烈,谢谢你!

    首先贵技术友人的第一个回答我很赞同,谢谢!

    其次是第二个问题,根据热心的TI技术工程师在Ops for everyone所截取的图我自己试着实际测量与计算了一下,非常接近用电压跟随缓冲放大然后同相输入端接地的方式测量得到的电压。再次感谢TI技术支持工程师以及贵网友,Bruce Carter的这本书我也买了基本看完前面半本,居然忘记了,这是有愧于他 呵呵。

    问题三我也不知道出在哪里,误差达到26%,我用的是泰克五位半高精度万用表,应该够用了

    问题四,我今天又外界了下1 8脚之间的调零电阻,实际发现无论怎么调都无法归零的 不知道怎么回事,现将我的调试过程图以及笔记用附图的方式贴出来,

    感谢各位技术友人一路相伴,不感孤独,更加坚定脚步!

      

  • 刚好之前有个电路OFFSET测试电路和测试结果跟你分享下,电路图如下:

  • 这个是采用示波器测量的结果(示波器低噪只有500uV,如果设置恰当的话测量出的结果误差可控):

    可以输出的平均值是19.55mV,如果跟标称值比较的话(20.02mV),测量的精度为97%左右。

    当然这个误差可能来自于电阻的精度,测量误差等。

  • 至于说你通过可调电阻不能让输出VOS归零,我测试了下是可以的,可调电阻是采用的高精度线绕的10k@log调节:

  • 下面是通过调节可调电阻让输出归零的测试结果:

  • 这是是运放本身的噪低,只有300uV左右:

  • 上面的电阻精度只有1%,运放采用是的OPA277UA,工作电源采用的是手册推荐的+-15V,测量仪器是rigol的MSO2072A.

    1.测量结果基本与OPA277UA手册给出的SPEC是吻合的。

    2.可以通过两个OFFSET_Trim引脚来调节OFFSET。

  • 通过上图可以看到:

    1.在整个器件工作范围,最大的offset范围是+/- 100uV, 带来最大误差估计2摄氏度,这个是最极端的情况了。

    2.通过dVos/dT可以知道典型值为+/-0.15uV/℃, 相对热电偶的几十uV/℃的灵敏度来讲,估计0.3%的误差。

    3.从这些参数来看是适合你的应用的。

  • 坛友所说非常在理   感谢分享

  • 首先对您这种刨根问底的精神和优秀的执行力点个赞!

    误差的来源有一下几点:

    1、首先是datasheet的不确定性,我们知道datasheet给出的值实际上市通过概率统计得出来的,任何参数下运放的数量都是符合正态分布的,每颗运放的offset值可以是很大的(只是这种概率很小很小而已,称为小概率事件)因此有可能是运放实际的offset超过datasheet中的值(也是小概率事件)。这也是实测和理论值对不上的一个原因。另外的原因就是你运放是不是原装正品,因为从你的测试结果来看,首先是理论值与测量值有较大误差,其实最关键的不能调零,这点很关键,如果确认你的电阻没有问题,那么基本可以确定是运放的问题,建议更换一批运放试试。

    2、电阻精度问题,你的100ohm电阻应该是1%这个比较常见,25.12K这个电阻在标准E192里面是没有的,E192的精度是1‰。

    3、测试方法引起的误差,虽然你用了很高位数的万用表,但是测试的Vos的需要限制一下带宽,否则连运放的噪声也计算进去了。

    以上仅供参考!

  • 你好 Andy Tan ,非常感谢你花了大量的时间进行测试以及将结果告诉我 真的非常感谢! 我今天又按照技术手册上在1 8脚外接了调零电阻进行调零,结果还是不行,电路没有接调零电阻的时候实测好像比前几天的小了一些 才4.4mV,折射成Vos大概是39.2uV,前几天测量得到的是5.08mV折算成Vos大概是46.2uV,不过我发现一个现象就是我接上调零电阻后还没进行调零马上测试比以前没接上时输出电压变得更大,比如这次的没接调零电阻是4.4mV,接上去后马上变大成13mV,并且无论我怎么调最低只能调到11.0几mV,我用的实际项目中的PCB板如下图1,并且实际焊接的电路如图2,上面有我焊接的电位器。

                                                                                  图1

    最后想问下不知道你外接调零电位器最后的电路是什么样的一个电路呢? 是不是你贴出来的那个OFFSET电路的基础上添加了一个外接调零电位器就可以?比如你给我的下图的基础上在1 8脚之间加了电位器,如下图3:

                                                                                    图3

  • 你好   wenhe hou 首先 非常感谢  谢谢你的热心回复 我另外再购买了三只OPA277U样品 过几天收到后测试一下然后将结果告诉你 衷心谢谢!

  • 对的,及时把电位器的两端连接1,8脚,中间脚接VCC。

    待你收到样片后做对比试验再聊。

  • 令人尊重的 Adny Tan 以及Wenhe hou ,你们好 最近出差所以回复迟了,我测试了一下新到的样品  芯片的MARK 是 BB OPA  277U  K 是不带A的那种哦 即不是OPA277UA,按照我贴出来的电路,用两片OPA277U进行测试 结果这次的输出分别是-0.6mV以及-1.4mV,对应的Vos是输出除以(1+10 * 1K / 91)=-5.4uV 以及-12.5uV,这次的Vos与数据手册相比就对了。 不过用电位器依旧不能调整, 我暂时将这个问题忽略,设计进度有点缓慢来不及我多想了 ,这个Vos相对热电偶的40uV/℃,有一个0.5℃的误差,设计要求允许范围内,谢谢各位了在这里!! 谢谢!!

  • 您好,能将“OP for everyone ”这篇文章发一下吗?谢谢
  • 您好,能将“OP for everyone ”这篇文章发一下吗?谢谢
  • 您好,能将“op for everyone "这篇文章发一下吗?谢谢