運算放大器的許多電子特性相互作用，相互影響。由於市場對低功耗應用的需求逐漸增大，如無線感應節點、 物聯網 (IoT) 和he樓lou宇yu自zi動dong化hua，因yin此ci為wei確que保bao同tong時shi滿man足zu終zhong端duan設she備bei性xing能neng優you化hua及ji功gong耗hao盡jin可ke能neng低di
，了le解jie各ge電dian子zi特te性xing間jian的de平ping衡heng至zhi關guan重zhong要yao。此ci係xi列lie博bo文wen包bao含han三san部bu分fen，在zai第di一yi部bu分fen中zhong，我wo將jiang介jie紹shao在zai毫hao微wei功gong率lv精jing密mi運yun算suan放fang大da器qi中zhong關guan於yu直zhi流liu增zeng益yi的de功gong率lv與yu性xing能neng表biao現xian的de平ping衡heng。

 

直流增益

 

你也許還記得，在學校中學到的運算放大器的典型反相（如圖1）和非反向（如圖2）增益配置。

 

圖1：反相運算放大器

 

圖2：非反相運算放大器

 

根據這些配置可分別得出反相和非反相運算放大器閉環增益等式，等式1和等式2：

 

 

等式中A_CL是閉環增益，R_F 是反饋電阻值
，而R_2 是從負輸入端到信號（反相）或接地（非反相）的電阻值。

 

這些等式說明直流增益與電阻比有關，與電阻值無關。另外

，“功率”定律和歐姆定律顯示了電阻值和消耗功率兩者之間的關係（等式3）：

 

  

 

P是電阻消耗的功率，V是電阻的壓降，I是流經電阻的電流。

 

對毫微功耗增益和分壓器配置而言
，Equation 3顯示，流經電阻的電流消耗最小，則消耗功率最小。Equation 4有助於你了解該原理：

 

 

R是電阻值。

 

根據這些等式，可以看出你必須選擇既可以提供增益又可以使消耗功率（也稱功耗）最小化的大電阻值。如果不能使流經反饋通道的電流最小化

，那麼使用毫微功耗運算放大器就沒有任何優勢可言。

 

yidanxuandingkeyimanzuzengyihegonghaoxuqiudedianzuzhihou，nihaixuyaokaolvqitayingxiangyunsuanfangdaqixinhaotiaojiejingdudedianzitexing。tongjifeilixiangyunsuanfangdaqiguyoudejigexitongxingxiaocuowu，nijianghuidechuzongpianyidianya。dianzitexing——V_OS被(bei)定(ding)義(yi)為(wei)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)入(ru)端(duan)之(zhi)間(jian)的(de)有(you)限(xian)偏(pian)移(yi)電(dian)壓(ya)，並(bing)且(qie)描(miao)述(shu)了(le)特(te)定(ding)偏(pian)置(zhi)點(dian)的(de)錯(cuo)誤(wu)。請(qing)注(zhu)意(yi)，並(bing)未(wei)記(ji)錄(lu)所(suo)有(you)運(yun)算(suan)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)錯(cuo)誤(wu)。為(wei)此(ci)

，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)增(zeng)益(yi)誤(wu)差(cha)、偏置電流、電壓噪聲
、共模抑製比(CMRR)
、電源抑製比(PSRR) 和漂移。本博文無法全麵討論涉及的所有參數

，我們將詳細討論一下 V_OS 和漂移，以及這兩者對毫微功率應用的影響。

 

實際上
，運算放大器通過輸入端展示V_OS

，但有時在低頻（近似直流）精密信號調節應用中則可能是一個問題。 在電壓增益環節，隨著信號被調節，偏移電壓將上升，產生測量誤差。此外，V_OS的大小隨著時間和溫度（漂移）而變化。因此，低頻應用需要相當高分辨率的測量方式，選擇一款配備最低漂移的精密 (V_OS ≤ 1mV)運算放大器非常重要。

 

等式5計算了與溫度相關的最大V_OS：

 

       

 

我已經介紹了理論部分，如：為(wei)低(di)頻(pin)應(ying)用(yong)選(xuan)擇(ze)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)增(zeng)益(yi)比(bi)和(he)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)精(jing)度(du)的(de)大(da)電(dian)阻(zu)值(zhi)，現(xian)在(zai)我(wo)將(jiang)用(yong)兩(liang)引(yin)線(xian)電(dian)化(hua)電(dian)池(chi)來(lai)做(zuo)出(chu)實(shi)例(li)解(jie)釋(shi)。兩(liang)引(yin)線(xian)電(dian)化(hua)電(dian)池(chi)常(chang)發(fa)出(chu)低(di)頻(pin)的(de)小(xiao)信(xin)號(hao)
，用(yong)在(zai)各(ge)種(zhong)便(bian)攜(xie)式(shi)感(gan)應(ying)設(she)備(bei)上(shang)，如(ru)氣(qi)體(ti)檢(jian)測(ce)儀(yi)、血糖監測儀等，選擇一款低頻(<10kHz) 毫微功耗運算放大器。

 

用氧氣傳感（見圖 3） 作為具體的應用實例，假設感應器的最大輸出電壓為10mV（通過製造商指定的負載電阻將電流轉換成電壓R_L)
，則運算放大器的滿量程輸出電壓為1V。通過Equation 2，可以看出 A_CL  的值需要為100，或者R_F是R_2的100倍。分別選擇100MΩ電阻和1MΩ電阻，得出增益值為101
，且電阻值足夠大到可以限製電流並最小化功耗。

 

圖3：氧氣傳感器

 

為最小化偏移誤差，LPV821零漂移毫微功耗運算放大器是一款理想器件。 使用Equation 5並假設操作溫度範圍為0°C—100°C，該器件產生的最大偏移誤差為：

 

 

另一款理想的器件是LPV811精密毫微功耗運算放大器。從其數據表收集必要數值插入等式5可以得出：

 

 

（請注意，LPV811數據表未指明偏移電壓偏移的最大上限
，因此在此處使用典型值）。

 

如果使用通用的毫微功耗運算放大器取代
，如TLV8541
，相關值變化會得出：

 

 

（TLV8541數據表未指明偏移電壓偏移的最大上限

，因此在此處仍使用典型值）。

 

如你所見，LPV821運算放大器是這個應用的理想選擇。電流消耗為650nA的LPV821可以感應到氧氣傳感器輸出電壓低至18µV或更低的變化
，並隻有2.3mV的最大偏移增益誤差。如果需要同時滿足極高精密性和毫微功耗
，零偏移毫微功耗運算放大器將是你的最佳選擇。

 

感謝你閱讀“如何通過毫微功耗運算放大器實現精密測量”係列的第一部分。在第二部分中，我將討論超精密微功耗運算放大器如何助力電流感應應用。

 

 

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