仪表放大器的偏移电压会随着增益的变化而变化吗
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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。
图5：vos_rti & vos_rto与ina333增益的比较图
总的来说，如方程式5所示，需牢记的是偏移电压技术规格是折算到输入上的，并且必须乘上增益，以确定其对输出的影响。
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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）。
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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。
图5：vos_rti & vos_rto与ina333增益的比较图
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