輸入失調(diào)電壓
　　理想情況下，當(dāng)差分放大器的兩個(gè)輸入端完全相同時(shí)，其輸出應(yīng)為零伏。然而，實(shí)際上，當(dāng)輸入端之間的電壓差很小時(shí)，輸出就會(huì)變?yōu)榱惴?。這種非理想性源于放大器內(nèi)部元件之間固有的不匹配。
　　必須在放大器的輸入端之間施加電壓，才能使其輸出電壓達(dá)到零伏，該電壓稱(chēng)為輸入失調(diào)電壓。為了模擬這種非理想效應(yīng)，我們可以將電壓源與放大器的一個(gè)輸入端串聯(lián)，并假設(shè)放大器是理想的，并且具有零失調(diào)電壓。如圖 1 所示。
　　在圖 1 中，灰色框內(nèi)的電路代表集成電流檢測(cè)放大器。由于失調(diào)電壓由外部電壓源 V offset建模，因此假設(shè)灰色框內(nèi)的電路具有 0V 的失調(diào)電壓，即當(dāng) V A = V B 時(shí)，我們有 V out = 0。失調(diào)電壓的極性可以是正的也可以是負(fù)的?！　》糯笃魇д{(diào)電壓誤差

　　考慮圖 2 所示的高端電流檢測(cè)圖。
　　放大器實(shí)際上感應(yīng)的是節(jié)點(diǎn) A 和 B 之間的電壓。假設(shè)放大器的差分增益為A d ，則我們有：
　　\[V_{輸出} = A_d(V_A - V_B) = A_d(V_{偏移} + V_{分流})\]
　　如果 V offset與 V shunt相當(dāng)，則誤差可能很大。例如，當(dāng) V offset  = V shunt時(shí)，誤差為 100%，計(jì)算如下：
　　\[百分比~誤差 = \frac{V_{sensed} - V_{shunt}}{V_{shunt}} \times 100\% = \frac{(V_{offset} + V_{shunt}) - V_{shunt}}{V_{shunt}} \times 100\% = 100\%\]
　　當(dāng) V shunt最小時(shí)，誤差最大。因此，為了從失調(diào)電壓中找到最壞情況的誤差，我們應(yīng)該考慮負(fù)載電流 I load的最小值。
　　我們?nèi)绾尾拍軠p少這個(gè)錯(cuò)誤？
　　對(duì)于給定的負(fù)載電流范圍，我們可以增加分流電阻值以獲得更大的 V分流和/或使用具有較小失調(diào)電壓的放大器。
　　但需要注意的是，增加分流電阻值會(huì)增加電阻的功耗。此外，更高瓦數(shù)的電阻更昂貴，并且需要更大的電路板面積。
　　確定分流電阻的值
　　如上所述，測(cè)量范圍低端的精度與分流電阻消耗的功率之間存在權(quán)衡。通過(guò)選擇較大的分流電阻，可以最大限度地提高精度。
　　然而，在高電流精密應(yīng)用中，電流檢測(cè)電阻耗散的功率會(huì)限制可使用的最大電阻值。在這種情況下，我們可以根據(jù)其最大允許功率耗散來(lái)選擇 R shunt的最大值。如果為分流電阻預(yù)算的最大功率耗散為 P max，則最大分流值可以通過(guò)以下公式計(jì)算：
　　\[R_{分流器} \leq \frac{P_{max}}{I_{負(fù)載,~max}^2}\]
　　R分流器的最大值還可能受到放大器輸出擺幅至正軌的限制。放大器的擺幅限制取決于為放大器供電的電源電壓以及放大器的輸出級(jí)。
　　盡管軌對(duì)軌放大器的輸出可以非常接近供電軌，但實(shí)際上無(wú)法達(dá)到供電軌。即使使用軌對(duì)軌放大器，輸出擺幅也可能被限制在距供電軌數(shù)百毫伏的范圍內(nèi)，具體取決于技術(shù)。
　　放大器的輸出擺幅限制還取決于流過(guò)輸出級(jí)的電流水平。必須參考放大器數(shù)據(jù)表來(lái)確定放大器輸出端的可用擺幅。
　　如果 V out,max是放大器輸出級(jí)保持在其線性工作區(qū)域的最大電壓，則最大分流值可以通過(guò)以下方式計(jì)算：
　　\[R_{分流器} \leq \frac{V_{輸出，~max}}{I_{負(fù)載，~max}A_d}\]
　　等式 1
　　我們還可以通過(guò)考慮輸出擺幅至負(fù)軌來(lái)找到 R shunt的下限。如果 V out, min 是保證放大器處于其線性工作區(qū)域的最小輸出電壓，我們可以找到 R shunt的最小值：
　　\[R_{shunt} \geq \frac{V_{out,~min}}{I_{load,~min}A_d}\]
　　等式 2
　　分流電阻值計(jì)算示例
　　假設(shè)我們需要監(jiān)控 40 mA 至 1 A 之間的負(fù)載電流。放大器的增益為 50，V輸出，最大值= 4.9 V，V輸出，最小值 = 100 mV。假設(shè)應(yīng)用未限制分流電阻器消耗的功率，我們需要的 R分流值是多少？
　　為了最大限度地減少放大器失調(diào)電壓的誤差，我們應(yīng)選擇 R shunt的最大值。應(yīng)用公式 1，我們得到：
　　\[R_{分流器} \leq \frac{V_{輸出，~最大}}{I_{負(fù)載，~最大}A_d} = \frac{4.9}{1 \times 50} = 98~m\Omega\]
　　利用公式 2，我們可以找到 Rshunt 的最小值：
　　\[R_{shunt} \geq \frac{V_{out,~min}}{I_{load,~min}A_d} = \frac{0.1}{0.04 \times 50} = 50~m\Omega\]
　　應(yīng)選擇此范圍內(nèi)的最大標(biāo)準(zhǔn)值，以最小化失調(diào)誤差。選擇適當(dāng)?shù)?Rshunt 值后，我們可以通過(guò)應(yīng)用以下公式來(lái)評(píng)估失調(diào)誤差：
　　\[百分比~誤差 = \frac{(V_{offset} + V_{shunt}) - V_{shunt}}{V_{shunt}} \times 100\% = \frac{V_{offset}}{R_{shunt} \times I_{load,~min}} \times 100\%\]
　　為了將誤差降低到所需水平，我們需要選擇輸入失調(diào)電壓足夠低的放大器。
　　這里我想提請(qǐng)大家注意一個(gè)微妙的點(diǎn)?？紤]到放大器的輸出擺幅限制，失調(diào)電壓的定義是否存在矛盾？
　　失調(diào)電壓定義為必須在放大器輸入端之間施加的差分電壓，以使其輸出電壓達(dá)到零伏；然而，單電源放大器的輸出實(shí)際上不能擺動(dòng)到地電位。
　　當(dāng)測(cè)量非常小的電流時(shí)，這些細(xì)節(jié)非常重要。
　　確定單電源放大器的失調(diào)電壓　　如上所述，當(dāng)放大器的負(fù)極接地時(shí)，其輸出只能接近地電位。如圖 3 所示。

　　圖 3
　　在此圖中，藍(lán)色曲線顯示放大器輸出與施加到輸入的差分電壓的關(guān)系。
　　對(duì)于非常小的差分輸入值，輸出電壓達(dá)到 V out, min。由于輸出不會(huì)低于 V out, min，我們無(wú)法直接測(cè)量 V offset。
　　相反，我們可以在線性工作區(qū)內(nèi)將傳遞函數(shù)曲線擬合成一條直線，并將該直線與橫軸的交點(diǎn)視為放大器的輸入失調(diào)電壓。你可以想象，如果放大器是理想的，虛線將通過(guò)原點(diǎn)。
　　現(xiàn)在我們可以找到虛線方程并確定偏移電壓。如果輸入 分別為 V diff1 和 V diff2時(shí)輸出為 V out1 和 V out2，則我們可以找到 V offset如下：
　　\[V_{偏移} = V_{diff1} - \frac{(V_{diff2} - V_{diff1})}{(V_{out2} - V_{out1})} \times V_{out1}\]
　　我們可以使用單電源放大器來(lái)測(cè)量非常小的電流嗎？　　使用單電源放大器測(cè)量接近零的負(fù)載電流可能會(huì)引入不可接受的誤差，這是因?yàn)榉糯笃鞯妮敵鰯[幅有限。如圖 4 所示。

　　圖4.圖片由德州儀器提供?！　榱私鉀Q這個(gè)問(wèn)題，德州儀器的參考設(shè)計(jì)“ 0-1A、單電源、低側(cè)、電流感應(yīng)解決方案參考設(shè)計(jì)”使用LM7705反相電荷泵為放大器的負(fù)軌產(chǎn)生 -0.23V 電源。該參考設(shè)計(jì)基于使用運(yùn)算放大器和外部增益設(shè)置電阻的分立解決方案，如圖 5 所示。

　　圖 5. 圖片由德州儀器提供。
　　根據(jù)提到的參考資料，負(fù)電源必須至少比系統(tǒng)地低 100 mV，以確保放大器表現(xiàn)出低至 0 V 的線性輸出?！　D 6 顯示了另一種能夠測(cè)量小電流的技術(shù)。

　　圖 6
　　在這種情況下，V ref用于將直流值添加到輸出電壓。傳遞函數(shù)將更改為：
　　\[V_{輸出} = A_d(V_A - V_B) + V_{參考}\]
　　該技術(shù)還可用于通過(guò)單電源放大器檢測(cè)雙向負(fù)載電流（正負(fù)載電流和負(fù)負(fù)載電流）。應(yīng)根據(jù)所需的電流范圍選擇適當(dāng)?shù)?V ref值。
　　結(jié)論
　　放大器輸入失調(diào)電壓會(huì)影響測(cè)量范圍低端的精度。為了減少此誤差，我們應(yīng)該最大化分流電阻值。
　　然而，分流值可能受到預(yù)算功率和放大器輸出端可用擺幅的限制。輸出擺幅限制在測(cè)量接近零負(fù)載電流時(shí)也會(huì)引起誤差。