运放深解 | 失调电压Vos：从定义到伺服环路精确测量

运放失调电压概念

运算放大器的失调电压 Vos 是指当运放两个输入端的电位完全相等时，由于内部晶体管制造工艺产生的微小物理差异（导致电路不对称），使得输出端不能归零，而需要额外施加在输入端的补偿电压，该电压称为输入失调电压Vos。输入失调电压可以看成是电压源Vos。

测量技术介绍

方法1 自身放大的测试电路：

电路原理

在失调电压Vos的测试电路中，将运放的正向输入端（+）直接接地0V。在理想情况下，由于“虚短”特性，反向输入端（-）也应该是 0V。但因为运放自身存在失调电压 Vos，运放会认为反向输入端有一个微小的“输入电压”。通过电阻R1和R2构成的反馈网络，运放的输出电压Vo会试图将这个Vos放大，运放实际上对Vos构建了一个闭环增益AV= 1 + R2/R1。运放的输出端实际上是失调电压的放大值。将该式变形即可得到。假设我们用10kΩ电阻R2和100Ω电阻R1，以101倍的噪声增益放大输入失调电压，最后用万用表测量Vo，则可推导出运放的Vos。

缺点

由于运放输出电压不为0，测量得到的失调电压并不完全符合失调电压的定义条件。运放有限的开环增益Aol，非零输出会导致在运放输入产生一定的误差电压，导致计算出的Vos略微偏离真实值。

方法2 含辅助运放的放大测试环路：

电路原理

这是一个闭环反馈伺服系统，它将被测运放（DUT）置于一个由辅助运放（AUX OPA）构成的积分控制环路中。当开启电源±Vs并施加共模电压VCM-REF时，DUT 的输入端会因为Vos的存在产生偏置。DUT的输出连接到 AUX OPA 的反向输入端，AUX OPA 的输出又通过 R3 反馈回 DUT 的正向输入端。整个环路会一直调整，直到 DUT 输出端的电压趋向于 0V。此时，AUX OPA 输出端的电压VTP_Vos就是为了强行抵消 DUT 内部 Vos而必须建立的补偿电压经过比例放大后的电压值。最后用万用表测量测试点TP1相对VCM-REF的压差，再按比例折算回 DUT 的输入端，得到

优点

因为辅助运放电路是一个“强制为零”的伺服系统，DUT 的输出始终被强行拉在0V附近，满足失调电压的定义条件，非理想因素造成的测量误差极小。积分电容也构成了极强的低通滤波器，它在伺服环路中直接过滤了大部分宽带噪声。

ETEK产品实测表现

以ET85601EA为例，这是一颗SOT23-5封装的通用10MHz单路运算放大器，规格书规范其失调电压Vos在Vs=5V常温条件下，最大不超过±2mV。
以下实测结果为三颗ET85601EA通过101倍辅助放大电路测量后计算得到的Vos失调电压。事实上，ETEK为追求精准，会以0.2V为步进，通过全共模电压范围的密集步进扫描，精准捕捉运放内部每一处细微的波动与切换点特征。