INA仪表放大器偏移电压与增益之间的关系

1万 · 2018-10-30 19:06

本帖最后由 airwill 于 2018-10-30 19:10 编辑

INA：偏移电压与增益之间的关系

作者 Pete Semig

你是否曾经想过为什么一个传统3运放(3-op amp)仪表放大器的偏移电压会随着增益的变化而变化？图1摘自INA333数据表。此数据表显示了偏移电压对器件增益依存关系的一个示例。今天，我们来看看是如何确定这个等式的。

图1：INA333偏移电压技术规格

传统3运放仪表放大器具有两个级。输入级由两个缓冲（或放大）差分输入信号的非反向放大器组成。输出级由一个将差分信号转换为单端输出的差分放大器组成。他还提供将基准电压添加到输出的功能。图2显示了一个传统3运放的拓扑结构。

图2：传统3运放仪表放大器

假设GDA and GIS是分别与差分放大器和输入级相关的增益，方程式1是图2中电路的普通传递函数（假设R2=R4并且R1=R3）。

仪表放大器中每一个运放均有一个输入偏移电压。与A1和A2相关的偏移电压根据RF和RG之间的比率放大。将输入偏移电压模拟为与A1和A2的每个非反向端子串联的电压源就得到图3中显示的输出等式。

图3：使用偏移电压模型的A1和A2的输出

一个查看图3中针对VOA2方程式的直观方法就是与非反向输入串联的源被A2的非反向增益所放大。与A1的非反向输入串联的源必须接到A1的反向端子上，最终在被A2的反向增益增加后添加到A2的输出上。对A1执行同样的分析可得到针对VOA1的方程式。

方程式2显示针对VIN-DA的方程式，这个值是差分放大器的输入电压（图4）。需要注意的是，如下方等式定义的那样，输入级偏移电压被输入级的增益，GIS，放大。

图4用偏移电压模型显示了输出级差分放大器。差分放大器的增益被设定为1V/V，这个值与大多数仪表放大器的增益一致。我们看到偏移电压，VOS3，出现在输出方程式中。他被放大2倍，为A3的非反向增益值。

图4：使用偏移电压模型的差分放大器

由于差分放大器的增益是固定的，A3对于偏移的影响不会随着增益的变化而变化。因此，如等式3所示，我们可以表示出现在仪表放大器输出（折算到输出或者“RTO”）上的偏移电压，在这里GIS是输入级的增益，VOS_IS是输入级的精偏移电压，而VOS_DA是差分放大器级的偏移电压。

即使方程式3看起来似乎与图1中所示的偏移电压一样，实际上不是！仔细查看图1，显示出参数为“偏移电压，RTI”，意思是偏移电压被折算到输入上。如方程式4所示，等式3必须除以增益，以便将偏移电压折算到输入上。方程式4对应图1。

图5是INA333的输入级和总体仪表放大器偏移的图表（折算到输入端）。需要注意的是增益为1V/V时，仪表放大器的偏移简化为VOS_IS+VOS_DA (25µV+75µV=100µV) 。随着增益增加，偏移电压接近VOS_IS (25µV)。然而，如图5预期和显示的那样，折算到输出的偏移电压随着增益的增加而增加。