实际运算放大器运算电路的误差分析

发布时间:2023-08-09
avo、rid对运算电路的影响
前面讨论的基本运算电路中,将集成运放看成理想的,而实际的集成运放并非如此。因此,实际工作情况与理想化分析所得的结论之间必然存在误差,即产生了运算误差。
图 1 差分输入电路
集成运放的avd和rid为有限值时,对运算电路将引起误差,现以图1所示的运算放大电路为例来讨论,用图2电路来等效,
由此可列出如下方程
图2 avd、rid产生运算误差电路
解之可得
其中
当vs2=0,图1即为反相比例运算电路。为
通常用avdridr1>>rf(r1+r2+rid),利用近似公式(|x|<<1时 )上式可化简为
闭环电压增益
反相比例运算电路的理想闭环增益为
由此可得相对误差
上式说明,avd和rid越大,avf越接近理想值,产生的误差也越小。按类似方法可以分析同相比例运算电路。
共模抑制比kcmr对运算电路的影响
以同相运算放大电路为例,集成运放的共模抑制比kcmr为有限时,对运算电路引起的误差近似为
由此可见,avd和kcmr越大,误差越小,avf越接近理想情况下的值。
误差推导过程
由图1的电路有
差模输入电压为
共模输入电压为
运算放大电路总的输出电压为
理想情况下, ,由此求得相对误差
式中 为电压反馈系数。通常 , ,
因此上式简化为  
输入失调电压、输入失调电流对运算电路的影响
输入失调电压vio、输入失调电流iio不为零时,运算电路的输出电压将产生误差。根据vio和iio的定义,将运放用图1来等效,其中小三角符号内代表理想运放。
利用戴维南定理和诺顿定理可将两输入端化简,如图2所示,则
因为 ,有 ,则由上两式求出
由于电路中两输入端均接地,在vio、iib和iio作用下,产生的输出电压vo即是绝对误差。
若r2=r1//rf,由iib引起的误差可以消除,输出电压变为
由上式可见, 和r2越大,vio和iio引起的输出误差电压也越大。
当用作积分运算时,因电容c代替rf,输出误差电压为

由上式可见,积分时间常数t=r1c越小或积分时间越长,误差越大。减小误差的办法是选用失调及温漂小的高精度、超高精度运放,或将时间常数适应选大些。也可以在输入级加调零电位器或在输入端加一补偿电压或补偿电流,以抵消vio和iio的影响,使vo(t)为零。
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