Перейти к содержанию

Дрейф напряжения смещения

Смещение нуля можно один раз измерить и вычесть программно, но оно не стоит на месте: при нагреве платы оно меняется. Скорость этого изменения в даташите задаёт строка dVOS/dT.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Дрейф напряжения смещения (input offset voltage drift, dVOS/dT, также TCVOS) — скорость изменения напряжения смещения нуля операционного усилителя с температурой. Выражается в микровольтах на градус, мкВ/°C. Это отдельная от самого смещения ошибка: смещение при одной температуре можно измерить и вычесть, а дрейф проявится, когда температура изменится.

Значения из даташитов

ОУVOS при 25 °CДрейф тип.Дрейф макс.
LM3583 мВ тип., 7 мВ макс.7 мкВ/°C—
LM358A2 мВ тип., 3 мВ макс.7 мкВ/°C20 мкВ/°C
LM358B±0,3 мВ тип., ±3 мВ макс.±3,5 мкВ/°C11 мкВ/°C
TLV9001—±0,6 мкВ/°C—
OPA3332 мкВ тип., 10 мкВ макс.0,02 мкВ/°C0,05 мкВ/°C

Данные TI: SLOS068AB, разд. 5.5 и 5.7; SBOS833R; SBOS351E. Разброс на три порядка: прецизионный усилитель с автоматической коррекцией смещения, то есть усилитель с нулевым дрейфом, почти не чувствует нагрева.

Ошибка при нагреве

Дрейф, как и само смещение, попадает на выход умноженным на шумовое усиление каскада 1 + R2/R1:

ΔUвых≈dVOSdT ΔT(1+R2R1)\Delta U_\text{вых} \approx \frac{dV_{OS}}{dT}\,\Delta T \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right)

Наш пример: усилитель сигнала шунта с K = 101, плата нагревается после включения на 40 °C. На LM358 с типичными 7 мкВ/°C смещение уходит на 7 × 40 = 280 мкВ, на выходе это 28 мВ. С LM358A при максимальных 20 мкВ/°C — 0,8 мВ на входе и 81 мВ на выходе. С OPA333 при максимальных 0,05 мкВ/°C — 2 мкВ на входе и 0,2 мВ на выходе.

Как учитывать

  • Типичное и максимальное. Типичный дрейф — характеристика выборки. Если максимума нет, худший случай оценивают по максимальному смещению во всём диапазоне температур: у LM358 это 9 мВ в диапазоне 0…70 °C.
  • Рабочий диапазон. Дрейф указывают для определённого интервала температур, например −40…125 °C у OPA333. За его пределами нелинейность смещения может быть больше.
  • Опора и резисторы. В точной цепи дрейфуют и другие элементы: ТКН источника опорного напряжения, ТКС резисторов усиления. Их складывают в общий бюджет ошибок.

Подробно о прецизионных усилителях — на странице OPA333 и OPA2333.

Частые вопросы

Можно ли откалибровать дрейф смещения?

Только при постоянной температуре. Калибровка при включении убирает смещение, которое было в момент измерения, а дрейф добавит новую ошибку, когда плата нагреется. Если температура известна, например по встроенному датчику, остаток можно скорректировать по таблице, снятой на нескольких температурах, — но каждый экземпляр ОУ дрейфует по-своему.

Почему в даташите дрейф часто только типичный?

Его измеряют на выборке, а не на каждой микросхеме. У LM358 TI приводит только типичные 7 мкВ/°C, у LM358A — ещё и максимум 20 мкВ/°C. Для расчёта худшего случая берут максимальное значение, а если его нет — максимальное смещение во всём диапазоне температур: у LM358 это 9 мВ в диапазоне 0…70 °C против 7 мВ при 25 °C.

Как получить дрейф меньше 1 мкВ/°C?

Взять усилитель с автоматической коррекцией смещения. У OPA333 по даташиту дрейф 0,02 мкВ/°C типично и 0,05 мкВ/°C максимум — в сотни раз меньше, чем у LM358. Обычные КМОП-ОУ вроде TLV9001 дают около 0,6 мкВ/°C типично.

Источники

  1. Texas Instruments. LM358, LM358A, LM358B, LM358BA, LM2904x Industry-Standard Dual Operational Amplifiers (SLOS068AB, June 1976, revised October 2024) — разд. 5.7: LM358 — VOS 3 мВ тип., 7 мВ макс., 9 мВ в диапазоне 0…70 °C; dVOS/dT 7 мкВ/°C тип.; LM358A — 7 мкВ/°C тип., 20 мкВ/°C макс.; разд. 5.5: LM358B — ±3,5 мкВ/°C тип., 11 мкВ/°C макс. в диапазоне −40…85 °C
  2. Texas Instruments. TLV900x Low-Power, RRIO, 1-MHz Operational Amplifier for Cost-Sensitive Systems (SBOS833R, October 2017, revised November 2021) — Electrical Characteristics: dVOS/dT ±0,6 мкВ/°C тип.; рис. 7-2 — гистограмма распределения дрейфа при VS = 5 В, −40…125 °C
  3. Texas Instruments. OPAx333 1.8-V, microPower, CMOS Operational Amplifiers, Zero-Drift Series (SBOS351E, March 2006, revised December 2015) — Electrical Characteristics: VOS 2 мкВ тип., 10 мкВ макс. при VS = 5 В; dVOS/dT 0,02 мкВ/°C тип., 0,05 мкВ/°C макс. в диапазоне −40…125 °C

Нашли ошибку?

Смотрите также