（略）

用文字表达，放大器的精度定义如下：

\frac{输出电压}{开环增益}+ 失调电压 +（同相输入端输入偏置电流）

（同相输入端源阻抗）+（反相输入端输入偏置电流）

（反相输入端源阻抗）+\frac{共模电压}{共模抑制比}

也就是说，放大误差的发生原因是非理想放大器的输入端之间的差分电压不为零，并且是由以下因素产生的。

第一个因素是开环增益的效果。较高的开环增益导致较高的精度。这就是高精度放大器具有非常高增益的原因，通常超过 100dB，使这个误差来源降到最低程度。

第二个因素是电压，非常明显。然而，斩波放大器在有效消除这种误差方面做得很好。接下来的两个因素是偏置电流。例如，在 JFBT 输入放大器中，电流很低，它随着零件的升温而升高。在较高温度时，JFBT 开始汲入并供应电流，这取决于它是 NPN 级还是 PNP 级。如果您有一个很大的电阻，比方说 1 兆欧姆，它连接到运算放大器的输入端，因为您将需要很多增益，或者您连接的部件具有很高的源阻抗，那么，从运算放大器的管脚漏出（或漏到管脚中）的那股电流对该源阻抗起反应，造成电压。这个电压将出现在放大器的输入端。如果这两个管脚中的任何一个接地，或连接到一个很低的源阻抗，那么这项值就为零。

最后一个因素是共模抑制比。在运算放大器中，有正供电电压和负供电电压。负供电电压通常是接地的。共模电压是两个输入管脚相对于中点电压的电压，中点电压处于运算放大器各个电源管脚上的电压之间。

例如，如果您有一个运算放大器运行于 5V 和接地，那么零共模就意味着这两个输入管脚恰好在中间的 2.5V。共模抑制比 (CMRR) 表明：随着输入管脚上的电压接近两个轨道中的任何一个，失调非常厉害，或者上升到正供电电压，或者一直降到负供电电压。运算放大器一般位于中间电压。如果放大器具有良好的共模抑制比，那么这两个输入管脚可能一直上升到轨道的顶端，或者一直降到底部，您依然可从放大器获得精确的输出。

现在，返回第二个因素，即失调误差或失调电压：在真正高增益的放大器中，它是误差的主要来源。

例如，一个增益为 -100 的反相器可能具有 1mV 的偏移电压。实际上，具有 1mV 偏移电压的放大器是相当好的零件。美国国家半导体公司生产几种相当精确的零件，它们都在 1mV操作。如果增益为 100，那么输出端的误差是 0.1V。如果放大器的增益是 1,000，那么误差就是 1V，原因就是 1mV 偏移。而且，对于每一个放大器，它的失调电压都将不同。这很麻烦，因为应用设备的精度将随着放大器的不同而有明显变化。

图1　很多时候，数据表上的放大器噪声说明是指在噪声曲线的“平带”中测量的噪声，而不是在1/F拐点下面或直流附近发现的噪声电平（略）

高增益放大器中的噪声还影响精度。图 1 是运算放大器频域中的典型噪声图。噪声电平在 直流时很高，然后下降，并形成拐点，即 l/F 拐点。放大器的 1/F 拐点频率是闪烁噪声（它是由放大器中半导体器件的物理性质引起的）等于放大器宽带噪声时的频率。在频率较低时，闪烁噪声占主导地位，越接近 直流 就越大。

因此，l/F 拐点是个临界点，在查看数据表上的噪声说明时，您必须仔细。当某些运算放大器说自己的噪声很低时，例如音频放大器，它们的意思几乎都是说 l/F 拐点很低，可能低于 20Hz。例如，很多时候，当您阅读数据表的第一页时，您将看到零件的噪声是 3nVHz。这不是在直流时的噪声，也不是在 1/F 拐点的噪声。它是对 1/F 拐点之后的那个区域的说明，该区域处于所谓的“平带”中。它不反映放大器在放大接近直流的信号时在噪声方面产生的影响。

为什么要使用斩波器

图 1 是运算放大器的典型噪声图，而图 2 则是斩波放大器的典型噪声图。

图2　斩波器的设计目的是在输入端的失调电压最低，在输出端的低频噪声最低。然而，折衷结果是工作带宽很低，原因是增加了斩波器的钟噪声。（略）

您可以看到，在直流时的失调和噪声明显降低，噪声曲线将固定在直流处的一个很低的值。另外，在现实世界中，影响几乎是单调的，没有什么事情会突然迅速变化，因此，您可以看到，斩波器的噪声性能还将如何改善 1/F 拐点周围的噪声指标。

然而，利用斩波器获得优异直流性能的折衷，是在放大器的斩波频率处增加噪声尖峰。斩波频率随不同制造商的放大器而变化。它对于某些斩波器可能仅为数百赫兹，而对其它斩波器可能高达数万赫兹。例如，美国国家半导体公司的 LMV2011 高精度运算放大器在 25kHz时操作。

如果您正在测量应变计，并且试图查明引擎里的什么东西是否正在弯曲，那么25KHz 就远超过您感兴趣的频率了。因此，您通常可以把它过滤掉，并知道它对测量精度影响不大。

斩波器技术细节

斩波器如何降低自己的失调电压呢？

图3　某斩波放大器，具有交流放大器输入和输出同步换系统，该斩波器导致失调电压最终成为托在预想的、被精确放大信号上的噪声，利用低通滤波器，可以很容易把它过滤掉。（略）

图 3 描绘了斩波器以差分模式来工作的步骤。图 3A 显示了一对开关，它们被加到交流放大器的输出端。两个开关并联工作。然后它们都降低一个槽口，运算放大器的低输出管脚会接地，当这对开关切换回来时，高管脚会接地。在你来回切换开关时，你同时是在切换输出的极性。

任何偏移电压和低频噪声都将转化成交流信号 Vos，当开关在某个位置时，它等于+Vos，而当开关在另一个位置时，它将等于 -Vos。可以很容易把它过滤掉。然而，您输入放大器的任何信号也将被翻转，就象失调电压那样。

避开这个难题的方法就是在放大器的输入端安装同步开关（图 3B）。这些开关并联工作，并与输出端的开关同步。

通过把这些开关安装在输入端，您可以同步切换输入信号的极性，这样，输入信号在输出端仍保持自己的极性。例如，输入的+1V 在放大器的另一端仍然是 +1V。然而，在放大器输入端的输入开关右侧的失调电压极性将被切换，如图 3A 所示。

因此，如果您的放大器的增益为 -A，那么您会看到，直流信号将把放大器的输出推到 Vin (-A)。直流信号不带失调误差地通过斩波器，与它上面那个小的方波不同。

为了把这个小方波（小的高频信号）从大的直流信号除掉，可以使用 RC 滤波器，如图 3C 所示。这就是获得直流信号精确表示的方式。而且，它不仅降低直流失调电压，还降低了低频——超低频——噪声。它消除了1/F拐点，这就是斩波器如此好用的原因。

通过组合来增加增益带宽

总体而言，斩波器在放大直流 附近的信号方面做得很好，但它的频率响应特性很糟。不过，它将作为单个放大器来工作。为了改善高精度放大器的频率响应，有几种组合架构可供使用。"组合"的意思是不同特性的两个放大器被组合起来，以便改善放大器的性能。

其中一种架构使用一个简单的斩波器作为运算放大器的自动归零器。该斩波器“失调调整”运算放大器的输入。在另一种架构中，斩波器作为失调伺服系统，它的输出用于调节第二个放大器的输入级。（这相当于通过 8 管脚 DIP 封装的老式运算放大器的8号管脚来调节输入失调。）

图4　在一个双输入组合放大器中，低偏移放大器（即斩波器）和快速放大器一起工作，结果增益带宽增加。就美国国家半导体公司的LMV2011而言，增益带宽是3MHz，比简单的斩波放大器的宽带增加了很多。（略）

第三种架构是双输入放大器。图4表明了一个双输入放大器中的两个放大器是如何配置的。低失调放大器作为直流放大器，而且是斩波器，因此具有低失调性能。快速放大器正是产品的增益带宽增加的原因：美国国家半导体公司的 LM2011 是 3MHz，对于斩波器，这是非常大的。两路输出被合在一起，送入另一个快速放大器，需要通过快速链。

现在，让我们看看这两个放大器的响应。在图 5A 的左边，是快速放大器的响应曲线。快速放大器设计中的难题是使它的响应上部有一个“架子”，而不是普通放大器具有的标准的每10次滚降 20dB。您必须在它里面放上那个架子，这样，您就可以把低失调放大器的响应“堆叠”在它上面。

图5（略）

结果，您获得了常规的放大器响应，如图 5B 所示，但也获得了低失调电压工作的优势以及更高的增益带宽，使斩波器在许多其它应用设备中都有用武之地。