自动调零放大电路的原理及应用
学生姓名：边文霞
学 院：物理电子工程学院
专业：电子科学与技术
指导教师：马建忠
职称：讲师
要:由于传感器技术的广泛使用，而其输出的信号电压在零至数毫伏内发生变化，因此实现低漂移信号是至关重要的。自动调零放大电路、轮换自动校零集成运算放大器、斩波稳零集成运算放大器可以减小集成运算放大器的失调和低频干扰引起的零点漂移。本文通过对自动调零放大电路原理及应用的介绍，使对自动调零放大电路有初步的了解。
关键字：自动调零放大电路; 轮换自动校零放大器; 斩波稳零放大器
The Principle And Application Of Automatic Zeroing
Abstract: Due to the widespreadly using of sensor technology and signal, the output voltage changes from
zero millivolt to several millivolts , so achieving low drift signal is very important. Automatic zero adjustment circuit, rotation automatic zero integrated operational amplifier, chopper-stabilized operational amplifier can reduce the zero drift caused by the integrated operational amplifier offset and low frequency interference. Based on the introduction of automatic zero circuit principle and application, making us have a preliminary understanding of the automatic zero adjustment circuit.
Key words: automatic zeroi T application
大多数电子元器件的特性，如放大器的失调电压与失调电流、晶体管与二极管的漏电流，都会受温度影响而在一定程度上变化。由于电路在工作中总有电流流过，不可避免的会产生热量，从而使电路发生漂移。外界温度的变化也会引起电路漂移。特别是许多现代测控系统，需要在非常恶劣的温度条件下工作。为了减小漂移，应该采用对漂移能进行自动补偿的电路。自动调零放大电路又称动态校零放大电路，能够消除运算放大器输入失调电压的电路，使运算放大器实现自动调零。许多精密测量仪表，存在因放大器的不稳定而引起的误差，它的输出电压决定于输入网络及反馈网络元器
件的精度及稳定度，如果加上自动调零电路，则能减小这些因元器件精度及稳定度不好及放大器漂移引起的误差[1]。这种自动调零电路大多采用定时自动校零的办法，随时校准测量电路的失衡及由于元器件及电源不稳定而引起的零点漂移现象。在许多测试仪器仪表应用中,由于其所用传感器可能会受到环境温度、湿度,地理位置的影响,因此很多需要在现场测试前进行调零操作[2]。人工对仪器调零误差大而且耗费人力，自动调零放大电路很好的解决了这个难题。
2.自动调零放大电路的原理
电子电路放大的基本特征是功率放大，放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下放大才有意义[3]。自动调零是一种动态的抵消失调电压和失调电压漂移的技术，在结构上有一个调零放大器和主放大器，会持续地自校正放大器的失调电压误差。调零放大器持续的消除自身的失调电压，然后对主放大器施加校正信号，这种持续校正可确保极低的失调电压，比传统运放低的多，实现比传统放大器更优异的抑制能力，减少温度漂移和时间漂移。它能将相对输入端的失调电压降低到uV级，将失调电压漂移降低到nV/。C级。
动态抵消失调的另一优点是可降低低频噪声，特别是1/f噪声,又名闪烁噪声，是由传导路径的不规则性和晶体管内偏置电流造成的噪声而引起的低频现象，在较高频率上，1/f噪声可忽略不计，因为其他来源的白噪声开始占主导地位，如果输入信号近似直流信号，该低频噪声该是个大问题。在基于自动调零的放大器中，1/f噪声在失调校正的过程中被滤除了。由于该噪声源出现在输入端，并且噪声信号变化相对较慢，因此可认为是放大器失调电压的一部分，能相应的得到补偿。自动调零放大器的指导思想是：如果能将运放两个输入端短路时或加共模输入信号时的输出电压（误差电压）先用电容器储存起来，再与运放正常工作时的输出电压相减（简称校零），则可有效的减小失调电压、失调电流及温度变化及电源电压波动所引起的漂移，也可有效的抑制共模信号。
2.1自动调零放大电路
自动调零放大电路又称为动态校零放大电路。图1中，运算放大器N1为主放大器，N2为误差保持电路，N3组成时钟发生器，N4为其反相器，N3、N4分别用来驱动模拟开关Sa1、Sa2和Sb1、Sb2[4]。当时钟发生器N3输出高电平，经反相则N4输出低电平时，模拟开关Sa1、Sa2接通，Sb1、Sb2断开，电路处于失调调零状态，其误差保持等效电路如图2所示，此时N1输入端无输入信号，只存在失调电压Uos，其
输出为Uo1,再经N2放大后由电容C1保持，考虑到N2的失调电压Uos2,电容C1的寄存电压为
Uc1=-(Uo1+ Uos2) K2
UO1= (-Uos1+UC1) K1
式中K1、K2―分别为集成运算放大器N1、N2的开环放大倍数。
由于K1》1，K1K2》1，所以
Uc1? Uos1-Uos2? Uos1 K1
电容C1寄存了运算放大器N1的失调电压Uos1。另半周时钟发生器N3输出低电平，经反相N4输出高电平时，模拟开关Sb1、Sb2接通， Sa1、Sa2断开，电路进入信号放大状态，等效电路图如图3，此时Ui经N1放大后，输出Uo为
Uo=- UiR2R- Uos1K1+Uc1K1?-2Ui R1R1
由以上分析可知，该电路实现了对失调电压的校正，达到了自动调零的目的。
自动调零放大电路性能优于由通用集成运放组成的斩波稳零放大电路，输出电压稳定，波动也小[5]。与普通放大电路相比，其失调和低频干扰降低了三个数量级。这种电路实际上用一块四运放和一块四位模拟开关即可组成，电路成本低。
图１ 自动调零放大电路
图2 误差保持电路
图3调零放大输出
2.2轮换自动校零集成运算放大器
轮换自动校零集成运算放大器简称CAZ运算放大器。它是一种新颖的运算放大器组合器件，如下图所示。它通过模拟开关的切换，使内部两个性能一致的运算放大器N1、N2交替的工作在信号放大和自动校零两种不同的状态[6]。图中G为自动校零输入端，必须接至系统的零线，使放大器在自动校零时无信号输入。若N1处于信号放大状态，N2则处于自动校零状态，如图4所示。此时N2的反相输入端外接电容C2，同相输入端接系统地，N2无信号输入，因此C2寄存了N2的输入失调和低频瞬时干扰电压，称为校正电压。当N2转换成信号放大状态时，N1则处于自动校零状态，如图5所示。此时电容C2串接于输入信号与N2同相输入端之间，寄存于C2的校正电压就抵消了N2的输入失调和低频瞬时干扰电压，达到自动校零目的，N2输出放大了的输入信号。同时，N1反相输入端的外接电容C1寄存了其输入失调和低频瞬时干扰电压。在N1转换成信号放大状态时，其校正电压起自动校零作用，N1的输出是经放大后的输入信号。
由于集成电路中两个放大器轮换工作，因此始终保持有一个运算放大器对输入信号进行放大并输出，输出稳定，性能优于由通用集成运算放大器组成的低漂移放大电路。但是它对共模电压无抑制作用[7]。简单的电位器调零_百度文库
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你可能喜欢精密运放的零漂移和宽电源及输入电压范围技术解析-模拟/电源-与非网
在计算、通信及消费等常见的电子系统中，处理器/控制器、存储器、电源管理IC等往往是瞩目的焦点器件。与这些热门器件比较而言，(运放)显得有些默默无闻。但实际上，运算放大器几乎是任何电子系统的幕后英雄，发挥着基础但又不可替代的作用。
运算放大器应用广泛，其产品类别众多，从功能/特性来看，运算放大器一般包括高速放大器、精密放大器及专用放大器等不同类型。精密运放(带宽低于50 MHz，失调电压&=1000 &V )是其中具有广泛应用、工程师接触最多的一个重要类别。运放的分类没有统一的标准，一般地，根据不同应用对运放不同参数的要求，我们可以大致分为低失调电压运放、低偏置电流运放、低噪声运放等。
运放是信号调理的关键部件，可以实现放大、缓冲、驱动、电平移位、有源滤波、I-V转换、V-I转换以及各种数学运算功能（加、减、积分、微分、乘除法等）。在不同的应用中，对功能的不同要求已经催生出许多不同类别的专用放大器，从而实现更高的性能，并简化了设计流程。这些高性能器件包括仪表放大器、电流检测放大器、差分放大器和可编程增益放大器。
对于精密放大器，多年来稳定前行并有望在2012年迅猛发展的两大关键趋势是：零漂移特性和更宽的电源电压及输入电压范围，本文将重点解析这两个重要技术特性及其相关的产品和应用。
在许多工业仪表和医疗应用中，传感器产生的输出电压通常很低，需要通过具有高增益和精密直流性能的信号调理电路进行调理。然而，运算放大器的失调电压、漂移和1/f噪声会引入误差，从而影响直流或低频、低电平电压的测量。因此，必须最大程度地降低运放的失调电压和漂移，消除1/f噪声，以实现最佳的信号调理。
零漂移放大器很好地实现了这些要求，能动态地校正失调电压使得失调电压大大降低，并重整噪声密度使1/f噪声消失。零漂移放大器最初用于预期设计寿命10年以上的系统，以及使用高闭环增益(&100)和低频(&100 Hz)、低幅度信号的信号链，适用于包括精密电子秤、医疗仪器、精密计量设备和红外/电桥/热电堆传感器接口的应用。另外，与标准放大器相比，零漂移放大器具有将近零的失调电压和更高的开环增益，较高的电源抑制比和共模抑制比。
几种经典零漂移放大器
零漂移放大器通常采用两种技术&&自稳零或斩波，这两种技术各有其优缺点，适合不同应用。自稳零采用采样保持技术，由于噪声折回基带，其带内电压噪声较大；斩波使用信号调制和解调技术，具有更低的基带噪声，但在斩波频率及谐波处产生噪声频谱。的零温漂运放有三代产品，采用的技术分别是：自稳零，自稳零+斩波，斩波+自动校正反馈环路，详见下表：
斩波 + ACFB
斩波 + ACFB
自稳零 + 斩波
自稳零 + 斩波
自稳零 + 斩波
表：ADI零温漂运放产品。
ADI公司推出的ADA4528-1采用斩波+自动校正反馈环路的技术，将斩波频率及谐波处的噪声频谱大大降低。ADA4528-1是迄今业界最低噪声、最低失调漂移的精密零漂移运算放大器，具有轨到轨输入输出摆幅能力。ADA4528-1提供最大2.5&V的低失调电压以及最大0.015&V/?C的业界最低失调电压漂移，开环增益为140dB，共模抑制比为135 dB，电源抑制比为130 dB。ADA4528-1适合供电电压范围在2.2V至5V的仪器仪表和医疗应用，如热电偶/热电堆、称重传感器和桥式传感器、精密仪器、电子秤、医疗仪器及手持式测试设备等。
除了普通的运放采用自稳零的技术，专用放大器产品也采用了该技术以获得性能的提升。AD8230是采用自稳零技术的一款低漂移精密仪表放大器。自稳零特性使失调电压漂移降至50 nV/?C以下，在&40℃至+125℃扩展工业温度范围内也能保持高性能。此外，AD8230还具有高共模抑制比&&最低值为110dB，能够抑制传感器距仪表较远的测量中的线路噪声；16V轨到轨共模输入范围则可以适应地电位变化幅度达数伏的噪声环境。AD8230的低频噪声保持在最小值3 &V峰峰值，因而成为要求极高直流精密应用的绝佳选择。
AD是采用零漂技术的电流检测放大器，在-40℃至+125℃整个工作温度范围和共模电压范围内，失调漂移典型值为&100nV/℃。器件中还特别进行了设计，使得无论是否存在共模电压，在整个输入差分电压范围内该器件都能保持线性输出，而输入失调电压典型值为&50 &V。
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运放零点温度漂移最简单的解决方法？
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既然是宽带放大器，那么一般是交流信号，不需要直流信息的情况下加高通电路，运放Vos有什么关系？
另外，Vos为uV级别的运放很多很多。
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设计一个合适的反馈电路不知道对不对？
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你这个是低频小信号，是吧，前级必须要用低温漂的OP，提高到0.1V左右，这是一种方法，
第二种方法，近似于直流信号，进行相干放大，交流放大，相干检波，对实验室级的微小信号只能这样了。还有宽带信号还在意温漂吗？一般是交流放大吧。
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完美解决只能是相干放大，检波。
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既然是宽带放大器，那么一般是交流信号，不需要直流信息的情况下加高通电路，运放Vos有什么关系？
另外，V ...
需要直流信息。 频带比较宽。
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樓主可到T叔那裏，找本小日本鬼子出的一本書名大略是運放測試電路，里面低漂移伺服放大電路，但也只能低漂移，最好是恆溫。
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答于你的信号特性，选用频谱谱迁移后再来放大比较可靠，你的问题，低频的精密，高频的高速集在一起，解决方案必须特别的方法。常规的放大可能不行的，精密OP，AC差，高速的OP，DC差。
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最简单的解决方法：
刚看了你近期两个回帖，最近心情不错啊
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精密运放当然是0温漂。
没有0温飘，你找过来一个0温飘的拿出来看看
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没有0温飘，你找过来一个0温飘的拿出来看看
前面有一个人回答，说非常小的温漂，简称或者近似为0 温漂。
所以我也跟着他&&说简称了。
再次重申，大家不要再推荐我 说选择温漂小的运放了， 因为我要的是宽带放大器，温漂都大！！！
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没有0温飘，你找过来一个0温飘的拿出来看看
上百兆的运放，1uv温漂的& &有吗？
好像没有。
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我来给楼主指条明路吧：复合运放，即高速运放负责放大信号，精密运放负责修正温漂
来自于Walt Jung的《运 ...
这样就不能调理DC或者说某个低频以下的信号了，它是高通频响。
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功放人们常用的所谓。
谢谢大家！
中点司服电路就可以实现。
再次感谢大家！
认真学习和领会本大师的教导。
谢谢大家！
是学习和解决模拟电路问题的唯一正确方法。
再次感谢大家！ ...
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功放人们常用的所谓。
谢谢大家！
这个电路 可以实现 宽带下， 自动调零吗 ？
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这个图是同相放大，前面楼回帖的是反相放大。
OP27是负责调零的
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每个元器件都存在温漂，你如何保证每个器件在温度变化几十度是所产生的误差的抵消啊？所以楼主的问题不具备实际操作性的。
技术交流可以论坛回帖。
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这个应该是选择器件所要注意的问题。而不是后期补偿所能解决的。即使做补偿，也不一定能解决所有芯片的问题啊。
技术交流可以论坛回帖。
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因为不是由一个器件所引起的。
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这个应该是选择器件所要注意的问题。而不是后期补偿所能解决的。即使做补偿，也不一定能解决所有芯片的问题 ...
1、器件选择， 宽带放大器 有1uv/度 以下的温漂吗 ?&&(信号小，频带宽，不考虑恒温)
2、想补偿，补偿至可以接受的漂移范围，不知道有哪种简单补偿方法，所以请教。
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因为不是由一个器件所引起的。
所以想问问&&有没有自动补偿 或者调零的 方法。
不知道33楼说说的可行不？
34和35楼 的图，不知道可行不？
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