運(yùn)算放大器不能調(diào)零的原因有哪些？

運(yùn)算放大器（Operational Amplifier，OPAMP）是一種常見的電子元器件，它以其高增益、穩(wěn)定性和精度，被廣泛應(yīng)用于模擬電路中。然而，在使用運(yùn)算放大器時，我們經(jīng)常遇到一些問題，其中之一就是難以在回路中實(shí)現(xiàn)0V的偏移或輸出。這個問題是由運(yùn)算放大器自身的特性所導(dǎo)致的。

原理

運(yùn)算放大器的輸入端有兩個，標(biāo)記為正輸入端和負(fù)輸入端，同時還有一個輸出端。

正輸入端和負(fù)輸入端之間有一個非常高的電阻，可以看成是一個開路電路。當(dāng)沒有電壓施加在輸入端時，輸出端會輸出一個幾乎為0的電壓信號。這個電壓信號可以看做是運(yùn)算放大器的偏移電壓（Offset Voltage），也就是一個由早期制造工藝、器件內(nèi)部材料、溫度變化和預(yù)扭（pre-tweak）等多種因素引起的穩(wěn)定不變的電壓偏移。

問題

無法將運(yùn)算放大器的輸出調(diào)整為0V（或非常近似于0V）問題，可以被分為兩類：偏移電壓和電阻問題。

偏移電壓問題

運(yùn)算放大器的高放大倍率特性，以及它的偏移電壓通常在幾百微伏到幾毫伏之間，可以導(dǎo)致輸出端產(chǎn)生微小的電壓信號。這個信號通常被稱為偏移電壓（Offset Voltage）。 并且它與實(shí)際輸出電壓是不同的。例如，一個典型的OPAMP 偏移電壓大約為2mV，這意味著輸出電壓必須達(dá)到至少2mV后才會在輸出端產(chǎn)生一個真正的電壓信號。由于系統(tǒng)中存在多個OPAMP以及其他電路元件，這種微小的電壓差異可能會被放大，導(dǎo)致不穩(wěn)定性和失效。

非反相運(yùn)放電路可以看做是輸入電信號乘上一個固定的放大倍數(shù)，再經(jīng)過一個電壓跟隨器，并輸出到輸出端的電路。 由于輸入電信號的振蕩很小，所以由偏移電壓引起的輸出電壓畸變也應(yīng)該很小，但在這個電路中，由于輸入電阻已經(jīng)很高，偏移電壓已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的影響，并且輸出電壓與偏移電壓有很大差異。

電阻問題

電阻問題源于運(yùn)算放大器中的輸入電阻和輸出電阻。在實(shí)際應(yīng)用中，由于材料、工藝和質(zhì)量等方面的原因，這些電阻不可能是完全相同的，這就會導(dǎo)致輸出端的電壓無法調(diào)整到0V。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常需要使用電位器（Potentiometer）等特定元件來進(jìn)行調(diào)整，以解決這種問題。

應(yīng)對策略

為了解決上述問題，可以采用以下幾種策略：

1. 使用更好的電路

在設(shè)計(jì)電路時，應(yīng)盡可能使用符合精度和可靠性標(biāo)準(zhǔn)的元件，并采用適當(dāng)?shù)牟季趾凸に?，以降低電路中的偏移電壓和電阻。例如，采用更高質(zhì)量的運(yùn)算放大器、處理器和濾波電路等。

2. 調(diào)整偏移電壓

使用可調(diào)節(jié)的電位器調(diào)整偏移電壓，這樣就可以將輸出端的電壓調(diào)整為0V。需要注意的是，由于運(yùn)算放大器在生產(chǎn)過程中已經(jīng)調(diào)整了單片偏移電壓，所以通常只需要進(jìn)行小的微調(diào)即可。

3. 數(shù)字校準(zhǔn)

將輸入的電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，在數(shù)字系統(tǒng)中偏移電壓可以通過校準(zhǔn)或者加補(bǔ)償量的方法來解決，這種方法可以大大提高精度和可靠性，但相應(yīng)的成本也較高。

4. 取消增益

如果電路中需要對信號進(jìn)行放大，則取消這個功能。例如，在四個運(yùn)算放大器中，兩個電路可以簡單到將反饋路徑置于電阻上，從而取消增益，不同的電阻值可以用來表示不同的增益。

總結(jié)

在設(shè)計(jì)電路時，應(yīng)注意運(yùn)算放大器的偏移電壓和電阻問題，可以采用更好的電路、調(diào)整偏移電壓、進(jìn)行數(shù)字校準(zhǔn)或取消增益等方法來解決這個問題，從而提高電路的精度和可靠性。通過以上方法不僅可以避免運(yùn)算放大器調(diào)零問題，還可以提高運(yùn)算放大器的性能和可靠性，從而為現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展提供更加可靠和高效的解決方案。