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第一章 数据放大器11 概述现代科学技术在近些年得到的飞跃发展，与计算机科学的发展有着密切的联系。目前，计算机正以更快的速度深入到科学技术各个领域中去，随着计算机技术更为广泛的应用，必将推动科学技术向新的广度和深度进军。计算机不仅在科学计算方面是人们有力的助手，而且在数据采集和自动控制方面也起着越来越重要的作用。图1.1是一个具有计算机的数据采集系统示意图，在这样一个采集系统中，由传感器通过模拟开关送入放大器的信号，反应了对象的实际工作状态，这个信号往往是一个直流缓变的微弱信号，在送入计算机以前，必须给予充分的放大，显然这种放大必须是无失真放大，这样放大器的输出信号才能真正地反应被测对象或者被控对象的当前状况；只有这样放大的信号送入模数转换器转变成数字量，经过计算机处理得到的结果才是真实可靠的信号。如果是控制系统，按照无失真放大得到的数据进行处理并对控制对象实施控制，对象才能按预期的方式运行，所以，放大器的性能好坏，直接影响到整个系统性能的好坏。没有性能良好的放大器，就谈不上精密测量，甚至谈不上测量，因此放大器是数据采集系统的关键部件之一。图1.1 数据采集系统示意图在数据采集系统中，放大器可以说是必不可少的，因为在很多情况下，被测的量并不是电量，必须通过传感器将非电量转换成电信号，这种信号是很微弱的。例如有的热电偶由温度转换得到的热电势仅为V或mV数量级，而模/数转换器对输入信号的幅度要求高达几伏，显然必须对微弱信号进行放大。上面已经提出，传感器输出的信号不仅信号弱，而且是一个直流缓变信号，这给实际工作带来了困难。在模拟电子技术中已经指出，对于直流缓变信号不能用交流放大器进行放大，然而一般的直流放大器或者测量放大器都存在着一定的零漂问题，这样的漂移在微弱信号放大时是不允许的，因为零漂与微弱信号相比较，已经不可忽略，更为严重的是有些零漂比信号还要大，在放大器输出的信号中已不能分清哪些是信号哪些是零漂，因此在微弱信号放大器中，要求放大器具有很小的零漂。正因为信号微弱，所以在放大器接收到的信号中还经常叠加了许多干扰信号，在环境恶劣的工作条件下，干扰信号甚至大大超过有用信号，这就要求放大器具有很高的抗干扰能力，这是一般直流放大器很难做到的。从图1.1中可以看出，数据采集系统中的放大器需要对各路信号进行放大，各路信号的对象不同，所以传感器也不一样，因而内阻也各不相同，为了保证放大器的输入信号电压不受信号源内阻的影响，放大器的输入电阻必须很大。另外，为了保证数据采集系统能够及时地测量各个数据，放大器在输入信号切换时要具有很快的反应速度，输出电压从一个稳态值到另一个稳态值的过渡时间要很短。综上所述，数据采集系统中的放大器放大的信号既不是一般的直流信号，也不是一般的脉冲信号，因此要求放大器具有直流放大的能力，并克服一般直流放大器零漂大的缺点，具有测量放大器的抗干扰能力，以及具有脉冲放大器的快速反应特性。这样一种集中了各类放大器优点，具有全面高指标的放大器叫做数据放大器。数据放大器放大对象是低电平直流缓变数据脉冲，它具有增益精度高、输入阻抗大、抗共模干扰能力强、反应速度快、低漂移、低噪声、低输出阻抗、性能稳定等这样全面的高指标和高性能。应该指出的是，数据采集系统中使用的放大器并不都是数据放大器。在有些系统中，放大器只要满足数据放大器的某些指标就行了，并非一定要采用数据放大器。当然用数据放大器代替这样系统中的放大器是完全可行的。数据放大器性能齐全，技术指标很多，这里仅介绍一些主要技术指标。一、数据放大器静态指标静态指标指的是数据放大器工作在稳态时的性能，主要指标有：增益、线性度、输入输出阻抗、共模抑制比、输出电压电流和漂移等等。1、增益类 数据放大器的增益通常指的是电压增益，也叫电压放大倍数，它反应了放大器对有用输入信号的放大能力。(1) 电压增益定义为输出电压Vo与差模输入电压Vi的增量的比值，即：AdVo /Vi （1.1）Ad也叫差模电压增益。除了差模电压增益以外，还有共模电压增益Ac，它指的是由输入共模电压Vc引起的输出电压Voc与共模电压Vc变化之比。AcVoc /Vc（1.2）它表征了放大器输入电路的非对称性。另外一种增益表示方法如下式所示：Ad（db）20 lg |Vo /Vi | （1.3）Ac（db）20 lg |Voc /Vc |以上两种增益表示方法在本质上是一致的，互相是联系的。当Vo106 ，Vi1时，分别有：AdVo /Vi106Ad（db）20 lg | 106 |120（db） （1.4）(2) 增益精度亦称增益准确度，其定义为：放大器面板上的增益（也就是理论上的增益）和实际增益的差值与面板增益的比，一般以百分数表示：（A实A面）/A面100 （1.5）式中A实是实际增益、A面则是面板读数。数据放大器要求的增益精度比较高，一般在1以下。有些好的放大器的增益精度小于0.1，数据放大器的增益精度应该根据实际需要而定，定得太高会提高放大器的制造成本 。(3) 增益稳定度在某种意义上来讲，增益稳定度比增益精度还要重要，只有在稳定的增益下工作，增益精度才有实际意义。增益稳定度t定义为：在单位时间内的增益A的相对变化率：（1.6）注意这里增益变化是指数据放大器参数不变的条件下，在时间间隔t内的变化。稳定度除了上面的定义以外，另一定义是在固定增益情况下每小时输出电压的最大变化值：（1.7）或相对变化率：（1.8）(4) 线性度理想的数据放大器具有输入输出之间严格保持线性关系的特性，在VoVi平面中是一条通过原点的直线，然而实际上数放总是存在非线性的，即输出电压与输入电压之比受输入电压大小的影响，输入输出关系曲线不是直线，具有一定的畸变，线性度就是用来衡量畸变大小的，线性度的定义有两种。图1.2图1.3在图1.2中，画出了两条曲线，其中通过零点的直线是理想数放的输入输出曲线，叫做最佳曲线，另外一条曲线是实际的输入输出曲线。线性度指的是实际曲线偏离最佳曲线的程度，定义为在满刻度的范围内，实际曲线偏离最佳曲线的误差峰值Vdmax和满刻度输出电压Vom之比的百分数： （1.9）所谓满刻度输出是指放大器可输出的最大电压幅度，例如10V。如图1.3所示，线性度的另外一种定义为：实际的输入输出曲线正好在曲线1和曲线2之间，线性度为Vo与满刻度电压Vom之比的百分数：数据放大器的线性度一般在0.1以内。(5) 共模抑制比共模抑制比是表示数放抗共模干扰的一个重要参数，它是数放差模增益Ad与数放共模增益Ac之比： 或（1.10）共模抑制比的大小对于数据采集系统有着重要的影响。对于低电平数据采集系统，信号源的差模电压通常在几微伏到几十毫伏的范围内，而由于系统本身或者地电流等原因，共模电压竟达几伏甚至上百伏的数量级，并且共模电压在不断地变化，因此数放必须具有很高的共模抑制比，才能抑制共模电压，保证放大器的精度、稳定性和可靠性。2、阻抗(1)输入阻抗单位输入信号电压与由此产生的输入电流的比值就叫做输入阻抗（1.11）输入阻抗是衡量数放有效地接收信号源信息能力的指标，从被测信号微弱和多路测量这一特点出发，人们总希望输入阻抗很高，尽可能减少信号源内阻变化引起的测量误差，提高放大器的精度。(2)输出阻抗放大器的输出阻抗也是一个重要指标，它标志着数放驱动负载的能力。它的定义是单位输出电压变化与由此引起的输出电流变化的比值：（1.12）3、漂移零漂：由电路不对称所引起的漂移。温漂：由环境温度变化所引起的漂移。时漂：随时间变化引起漂移。二、数据放大器的动态指标动态指标反应了数据放大器从一个工作状态转换到另一个工作状态时所表现出来的性能，主要的指标有：建立时间、频率幅度响应、电压上升率、过载恢复时间等。这些指标互相有一定的联系，但又具有相对的独立性，单独用一种指标来衡量数放动态性能是不确切的，也是不够的。1、建立时间如图1.4所示，数放输入端加上阶跃信号以后，输出信号总是需要经过一段时间才能稳定到它的输出值，为了衡量这一过程的长短，我们要引入建立时间ts：从阶跃信号出现，到输出电压最后进入偏离稳定值的%为止，这段时间就叫做暂态响应的建立时间ts。由此可见，建立时间ts反映了放大器输出跟随输入信号变化的能力。图1.4 建立时间波形图2、过载恢复时间数放用于放大微弱信号时，很有可能进入饱和区。例如数据采集系统中输入信号切换时，浮空的输入端会引入很大的干扰电压，放大器进入饱和；输入信号过大，也要引起饱和。数放饱和时，从放大器输入端接地到输出电压回到零所需要的时间就叫做过载恢复时间。很明显，当数放用于多路信号采集数据时，过载恢复时间的长短直接影响到采集装置的工作速度。3、频率幅度响应数放的频率幅度响应也称为幅频特性或频带宽度。如图1.5所示，数放在某一确定的增益参数下，对于相同的幅度，频率逐步上升的正弦波输入信号，数放的输出幅度将出现下降的趋势，数放的增益从原来的增益下降3db时的频带宽度，就是数放的通频带。图1.5 幅频特性4、电压增长率电压增长率指的是数放在单位时间内电压上升的能力，有时把它称为转移速率或电压摆率。从图1.6中可以得到电压增长率Sv的表示式：SvVo/t （伏/秒）（1.13）对电压上升能力的另外一种评价方法是上升时间，数放输入端加一阶跃信号作用，输出端从输出满幅度的10上升到90时所需要的时间。图1.6 电压增长曲线5、噪声噪声指标通常是这样定义的，放大器输入端短路（或在输入回路中接入一定阻值后再短路）时，在输出端测得的噪声电压除以数放的增益Ad，由此得到的电压值就叫做噪声。噪声电压一般有两种表示方式，有效值表示和峰值表示。数放的噪声电压直接影响到数放的灵敏度，显然它应该远小于有用信号，直至不影响数放的正常运行。在某种意义上讲，用信噪比来衡量噪声电压对数放灵敏度的影响更为确切。信噪比是有用信号功率与噪声功率的比值。假如噪声功率比较大，然而有用信号功率更大，在这种情况下，有用信号不会被噪声淹没；相反，噪声功率虽然很小，如果信号功率更小，这时信号就会被噪声淹没，数放就无法正常工作。1 2 对称组装式数据放大器对称组装式数据放大器（亦称仪用放大器）是由集成运放和一些分立元件对称组装而成的。其电路原理如图1.7所示，根据电路的对称特点，取名为对称组装式数据放大器。对称组装式数据放大器具有良好的性能，在许多领域中得到了广泛的应用，下面就对称组装式数放的原理进行定性和定量的分析。图1.7 对称组装式数放原理图从图1.7可以看出，对称组装式数放是由三只集成运放A1A3和若干电阻组成的，电路结构简单。为了便于讨论，将输入差模信号和共模输入信号分别定义为：VidVi1Vi2 Vcm（Vi1Vi2）/2（1.14）反过来，数放的差模信号Vid和共模信号Vcm也可以用输入信号Vi1和Vi2来表示：Vi1（Vid /2）+Vcm Vi2（Vid /2）Vcm（1.15）根据对称原则，设电阻R0R6之间具有如下关系：R11R1R2、R22R3R4、R33R5R6（1.16）从理论上讲，由于运放的开环放大系数和输入阻抗极高，运放正常工作状态下，同相端与反相端电位相同，即VCVi1，VDVi2，在电阻R0两端有一个电位差，这个差值就是输入信号中的差模信号，因此电阻R0上有一个仅与差模信号相关的电流I0流过，这电流流过电阻R1和R2，差模信号得到了放大；与此同时，共模信号Vcm经过运放A1和A2传递到A点和B点。由图1.7已知，在式（1.16）的假设条件下，运放A3构成了一个差分放大器，对A点和B点的电位差进行放大，所以差模信号Vid进一步得到了放大，而共模信号由于电位差为零，数放的输出电压Vo只反应了输入端的差模信号，共模信号得到了抑制。与一般的差分放大器相比，对称组装式数放一个很明显的特点是输入阻抗很高，共模抑制比高。为了便于对该数放进行定量分析，根据式（1.14）和（1.16）将图1.7重画成图1.8。图1.8 对称组装式数放首先，假设运放是理想的，电阻也是完全匹配。根据叠加原理，当Vid单独作用于数放的输入端时：VCDVid（1.17）I0Vid /R0Vid /R0（1.18）由于集成运放是理想的，运放的输入电流Ib等于零，所以电流I0也就是流过电阻R11的电流，A点与B点的电位差为：VABI0（R02R11）（1）Vid（1.19）由于运放A3与电阻R22和R33构成了一个差分放大器，所以根据差分放大器的性质，可以进一步得到：（1.20）这样就可以得到数放理想的差模放大倍数：（1.21）如果R22R33，则A3与R22、R33组成了一个减法器，上式化为：（1.22）在以后的讨论中，经常是在R22R33的条件下进行的，除了例外，就不再一一说明了。当共模信号Vcm单独作用时，可以就得：VAVBVcmVoVBVA0（1.23）根据共模抑制比的定义，可以求出：AcVoc /Vcm0（1.24）上面讨论的结果表明，在理想的条件下，对称组装式数据放大器仅对差模信号进行放大，对共模信号具有绝对的抑制作用。可是，在实际应用中，电路中的元件总是存在着某些非理想特性。例如集成运放，虽然半导体技术在近些年得到了飞速发展，运放的指标也在日益提高，可是在目前尚未完善的工艺条件下，运放的一些指标是相互牵制的。运放不可能是理想的，还不能满足数据放大器的要求。因此用单个运放无法构成数放，必须在现有运放的基础上，利用电路结构的独到之处，构成实际可用的数放。图1.7所示的电路，虽然在实际上不能是一个理想数据放大器，但它具有对称的特点；只要合理地选用运放及其他元件，就可以形成一个性能良好的数据放大器。假如图1.7的运放不但存在失调电压Vos，而且A1和A2还存在着输入电流IB。如图1.8所示，设：IB（IB1IB2）/2IB（IB1IB2）/2（1.25）也就是说：IB1IBIBIB2IBIB（1.26）与理想条件不同，由图1.8可以求得：VCDVidVos1Vos2VidVos VosVos1Vos2（1.27）式中，通过R0的电流I0为：（1.28）根据式（1.26）和基尔霍夫电流定律，可以分别求得电流I1和I2：I1I0（IBIB）I2I0（IBIB）（1.29）由此可以得到VAB：VAB VAVB（I1I2）R11I0R02（I0IB）R11I0R0I0（2R11R0）2IBR11（1.30）根据假设，A3只存在失调电压，其他性能都是理想的，则I3I4（1.31）另外，由图1.8可以求得：I3 VA（VB /2Vos3） /R22I4 Vo（VB /2Vos3） /R22（1.32）联立以上两式并整理得：Vo（VAVB）2Vos3（1.33）把式（1.30）代入，即可得到输出电压Vo，在差模信号单独作用时的关系式。VoI0（2R11R0）2R11IB2Vos3（1.34）因此可以得到实际的数放闭环增益Ad：（1.35）上式表明，考虑了运放非理想特性以后，数放的增益与理想条件下相同。从式（1.35）可以看到，数放的增益取决于电阻R0和R11的比值。在实际应用中，只要改变R0的阻值，就可以方便地得到各种要求的增益值。值得提出的是，当R0时，Ad1，也就是说对称组装式数放能够提供单位增益，这是该数放较为明显的优点之一。从式（1.35）还可以看出，数放的增益精度直接受电阻R0、R11精度的影响，电阻的精度越高，越小，数放增益精度越好。目前各种电阻以精密线绕电阻精度最高，这种电阻被广泛地应用在各种数放中，以提高数放的增益精度。实际上，这是考虑到运放的增益足够高，与电阻精度相比，对数放增益的影响可以忽略的结果。如果电阻精度不断提高，运放增益对精度的影响就会转变为主要因素。在本章第一节中已经指出，数放温漂是衡量数放性能的一个重要指标。一般的差分放大器折合到输入端的温漂很大，无法满足实际问题中每度几微伏甚至小于1微伏的要求。在对称组装式数放中，只要采取适当的技术措施，就可以获得很好的温漂指标。温漂指的是数放本身随温度变化引起输出电压Vo的变化，所以由式（1.34）可以求得折合到输入端的数放温漂：（1.36）上式表明运放的漂移是数放温漂的根本原因。从上式可以看出，数放中三个运放的位置不同，对温漂的作用各不相同，运放的失调电压温漂和失调电流的温漂对数放的温漂作用也是不同的，这就启示了我们，要分别对待各项温漂以取得降低数放温漂的的最佳效果。当Ad比较大时，TCVos3和TCIB的影响被减弱了|Ad|倍，与TCVos相比可以忽略不计。影响数放温漂性能的主要是TCVos，为减小TCVos可以从两个方面着手，一个方面就是采用低漂移的运放作为数放的第一级（即A1和A2），另一方面可以选用失调电压漂移对称的运放A1和A2，即：TCVosTCVos1TCVos20（1.37）式（1.36）还表明，电流IB的温漂对数放温漂的影响与电阻R11的阻值成正比，选择尽可能小的R11，同样可以达到减少数放温漂的目的。然而R11的阻值受多方面因素的牵制，首先实际选用的电阻值不能超出运放所能承受的负载范围；电阻器都有一个下限值，如精度为0.01的RX116型精密线绕电阻目前所能达到的最小值为200欧姆，另外R11的大小与Ad和R0存在着式（1.35）所示的关系。如果 | Ad |100倍，选用RX116型线绕电阻，由式（1.35）得：（1.38）为了减少数放的漂移，选用最小值200欧姆作为R0，由上式可求得R11的阻值为9.9千欧姆，这就是R11可取的最小阻值，如果A1和A2的电流温漂对称，TCIB0，对数放温漂没有影响。总之，运放的电流温漂可以做得很小，所以它的影响基本上可以忽略。由于数放是一个线性部件的综合体，可以利用叠加原理，因此，在讨论数放共模抑制比时，只考虑共模信号单独作用时输出对共模信号的反映。这时数放的等效电路如图1.9所示，要注意的是数放的每点电位只与共模信号Vcm有关，与差模信号无关。图1.9 等效电路一、设共模信号单独作用于数放的输入端Vi1：当共模信号单独作用于Vi1，而Vi2接地时，A1的等效电路如图1.10所示。可求得共模电压Vcm通过运放A1在A点形成电压（1.39）由上式，根据分压原理可求得在C点形成的电压：（1.40）同理，当Vi1接地，Vi2有共模电压Vcm单独作用时，由于A1和A2是对称的，与式（1.39）和式（1.40）相应，可以求得VB1与VD1：（1.41）图1.10 Vcm单独作用于Vi1时A1等效图 图1.11 Vcm单独作用于Vi2时A1等效图二、当Vcm单独作用于Vi2时，在数放D点形成了一个电压VD1，这个电压同样也作用于运放A1，这个电压单独作用于运放A1的等效电路如图1.11所示，根据这个等效电路图，可以求得VD1单独作用时在A点形成电压：（1.42）根据同样的道理，当VC1单独作用于A2时，在B点形成的电压VB2为：（1.43）根据叠加原理，当共模电压Vcm同时作用于Vi1和Vi2时，数放A点和B点的电压分别为：（1.44）（1.45）图1.12 A3的等效电路三、根据图1.12所示的A3等效电路图可以求得：（1.46）（1.47）将VA和VB代入上式，即可得到Vo与Vcm之间的关系：（1.48）上式中的CMRR01CMRR03分别是A1、A2和A3的共模抑制比，根据定义有：（1.49）其中Aod和Acm分别是运放开环增益和共模增益。下面我们分别从不同的角度，讨论数放的共模抑制比。首先，假设集成运放A1和A2的共模抑制比相等，且为同一符号（都为正或者为负），即 CMRR01CMRR02。电阻R3R6也都相等，即R3R4R5R6（1.50）那么式（1.48）可以简化为： （1.51）由此可以求出数放的共模放大倍数AC：（1.52）根据共模抑制比的定义，即可得到数放的共模抑制比：（1.53）上式表明，当数放的输入级A1和A2的共模抑制比相等时，即A1和A2的共模抑制比对称时，数放的共模抑制比CMRR取决于数放的差模增益Ad和集成运放A3的共模抑制比CMRR03，数放的差模增益越大，数放的共模抑制能力越强；同样，选择共模抑制比高的运放作为A3也是提高数放共模抑制能力的有效措施。应该指出的是，式（1.53）成立的另外一个条件是差动放大器中各个电阻，即R3R6必须严格匹配，然而这一要求在实际电路中是无法满足的。现在，在其他条件不变的情况下，考虑到电阻存在如下失配时：R3R6R（1），R4R5R（1）（1.54）电阻不匹配对数放共模抑制比的影响。由式（1.48）可以得到：（1.55）设1，则上式可进化一步简化为：Vo2Vcm（1.56）由此可以分别求得数放的共模增益和共模抑制比：Ac2 （1.57）式（1.54）关于电阻失调的假设，是选用的电阻精度为时，差动放大器出现的最严重的情况。在这种情况下，如果，即A3的共模抑制能力很强，电阻的精度不够时，数放的共模抑制比与成反比，共模抑制能力下降。式（1.57）是采用精度为的电阻时，数放可能出现的最小共模抑制比。与没有电阻失配的理想情况相比较，当Ad100，CMRR03106时，在理想情况下，数放的共模抑制比：CMRRAdCMRR03108；当电阻精度为万分之一时，即10-4时，5105，由此可见数放的共模抑制能力在电阻有失配时大大下降。显然，要是提高数放的共模抑制能力，必须减小，越小，则共模抑制比就越大，必须指出的是，当趋向于0时，数放的共模抑制比以式（1.53）为极限。减小的办法有：挑选高精度的电阻作为R3R6，目前精度为万分之一的电阻已经是相当高了；如果仍不能满足要求，可以在万分之一的电阻中挑选电阻值更加接近理论值的电阻，以提高。然而这种方法在实际应用中是相当麻烦的，因为在很多电阻中要挑出阻值非常接近的四只电阻是很困难的，越小，可能性越小。另外，这个方法常受到测量精度不够的限制，还受到电路中一些其他因素的影响，无法达到理想的效果。对A1和A2的共模抑制比相等这一条件进一步分析可以发现，对于差动放大器来讲，它的两个输入电压VA和VB相等：（1.58）这样就可以画出图1.13所示的等效电路图，在图中引入了平衡电阻R7R9，调节R9，可以得到不同比值的。如果只考虑Vcm的作用，根据叠加等效原理，可以得到图1.14所示的电桥等效电路。图1.13 等效电路图1.14 电桥等效电路显然，当R3R6不存在失配时，在没有R7R9的情况下，电桥平衡，VEF0。电阻失配以后，VEF就不再是零了，引入了R7R9以后，调节R9改变和的比值，可以使电桥重新平衡，这时电阻之间必须满足下列关系：（1.59）上式中，一般比较小，当R7R8时，只要R9足够大，通过调节R9的滑臂，一定能够找到一个比值，使上式成立，从而使VEF0。这样就消除了电阻R3R6失配的影响，使数放的共模抑制比趋向理论值。应该指出的是，上述结论是在数放的A1和A2两运放的共模抑制比相等且R11匹配的条件下得到的，很明显，当这些条件得不到满足时，那么VA和VB就不可能相等。两者的差通过差动放大器直接反映到输出端，数放的共模抑制能力下降。综上所述，数放的共模抑制比的最大值不超过AdCMRR03其实际值取决于电阻和运放A1和A2的匹配程度及运放的共模抑制比，其中A1和A2的匹配是最主要因素。现在已有专用的集成仪用放大器，将三个运放和电阻全部集成在一个基片上，仅将R0放在片外，供调节增益用。如：AD624、AD625、INA118、INA128等。1 3 动态校零式数放在1.2节中对对称组装式数放讨论结果表明，如果要求数放的性能全面达到较高水准，对A1和A2的要求将很高，即要求A1和A2的失调电压、温漂、共模抑制比等参数严格匹配。这种要求在实际应用中是很难同时满足的。另外，为了得到较低的漂移特性，A1和A2必须采用低漂移运放，这种运放的价格比通用型运放要高很多，数放的成本将大大提高，针对性能要求与实际情况之间存在的矛盾，动态校零式数据放大器在一定程度上解决某些问题。动态校零式数放的产生，在很大程度上受到了第四代集成运放的启发。在第四代集成运放中，人们成功地采用了“动态校零”这一稳零技术。即在时间上将运放的工作过程分割成两个节拍：一个就是用来记存输入失调电压的误差记存节拍；另外一个则是校零和放大节拍。采用了这种动态校零技术以后，集成运放内部放大环节即使存在较大的失调电压，运放仍具有良好的温漂特性，失调电压的温漂可以控制在0.2微伏/内，这是一般的通用运放无法达到的。由此人们得到了启发，把动态校零技术应用到数据放大器，形成了动态校零式数放，其原理图如图1.15所示。图1.15 动态校零式数放原理图从图中可以看到，运放A和B是放大单元，运放C是一个差分放大单元，而运放K和电容器C1构成了一个采样/保持电路，其中运放K有两个输出端，即正相输出端和反相输出端。从电路的基本形式来看，动态校零数据放大器与对称组装式数放有很多相似之处，动态校零式数放多了采样/保持电路、模拟开关S1S9。另外动态校零式数放还需要一个控制电路，用以控制开关S1S9的动作。动态校零式数放与第四代集成运放相同，工作过程分成两拍：误差记存节拍和放大校正节拍。在误差记存节拍中，开关S1S5闭合，S6S9断开，数放对失调电压进行记存；在校正放大节拍中，开关S6S9闭合，S1S5断开，数放对输入差模信号进行放大，而数放的失调电压得到校正，。下面分别对两个不同的节拍进行分析，从此来讨论数放的工作原理，假设运放A、B的开环增益分别为AOA，AOB，运放C的闭环增益为ACL，采样/保持电路的闭环增益为AKL。一、误差记存节拍在误差记存节拍中，开关S1S5闭合，S6S9断开，由图1.15可以得到图1.16所示的等效电路图。图1.16 误差记存节拍等效图与第四代集成运放相似，动态校零数放的误差记存节拍是用来记存没有输入信号时，由于种种原因（特别是失调电压）在数放输出端形成的误差电压，这个误差电压通过采样/保持器K保存。实际上这一误差电压被保存在电容C1上，误差电压记为Vc1。设电路除了放大单元A存在失调电压Vos1和Vos2以外，其他都是理想的。那么当电路稳定后，由图1.16可以得到图1.17的信号流通图。图1.17 误差记存节拍的信号流通图若VosVos1Vos2，AOAAOA1AOA2，AOBAOB1AOB2 Vb Vb1Vb2，Vg（Vb1 Vb2）/ 2则图1.17可以转化成图1.18图1.18 简化的误差记存节拍的信号流通图根据图1.18简化的信号流通图,可得：（1.60）上式表明，一旦电路稳定以后，在电容C1上有一个与Vos成正比的误差电压Vc1，这个误差电压是数放各单元增益的函数。式（1.60）的结果只是在假设放大单元A存在失调电压Vos1和Vos2的条件下得到的。为了进一步讨论，假设在存在失调电压Vos1和Vos2的同时，放大单元A还分别存在基极电流IB1和IB2，与1.2节相同，IB1和IB2之间有下述关系：IB（IB1IB2）/2，IBIB1IB2IB1IBIB /2， IB2IBIB /2， （1.61）根据基尔霍夫电流定律：I2I1IB1IB2 （1.62），（1.63）联立以上各式，可以求得g点电位：VgVb1Vb2（R1R2）（IB1IB2）/2（1.64）Vg的大小只影响Va1，Va