运放-3-失调电压Vos的理解与仿真验证

我们知道，运放有非常多的参数，这些参数的意思，我们大抵都可以从网上查到。作为过来人，我觉得仅仅了解字面的意思是远远不够的。所以我从这一节，开始说一说运放的参数，先从运放的失调电压说起吧。
还是先带着问题看比较好，我们可以先想一下这几个问题：
1、失调电压是啥？咋产生的？
2、失调电压一般是uV，mv级别的，这么小，电路设计还需要考虑吗？它到底有啥用？如果要考虑，该咋考虑呢？
失调电压是啥？咋产生的？
如上图，我们评估运放的失调电压时，一般建立上面的模型。我们将Vp和Vn对地短路，如果是理想放大器，那么输出Vo应该是0V 。
真实放大器内部处理Vp和Vn的输入级可能并不是理想的，其对应的晶体管会有偏差。导致当Vp=Vn=0V时，Vo并不是0V 。
要想让Vo为0V，我们需要在输入端加上一个电压，这个电压就是失调电压Vos 。我觉它的英文名input（输入偏置电压）更容易理解一点。
为啥输入管子不一致会产生失调电压？
可能不好理解为什么管子不一致会导致产生失调电压。我结合看的资料，自己想了下，觉得可以这么理解（只是我的想法，不一定对）。
如上图，这是运放的框图，运放一般分为三级，第1级是输入级，对应图中的阴影部分，其输出Ib是后面两级的输入；第2级是中间级，主要提供放大倍数，第3级是输出级，主要是为了能改善带载能力，当然也有一定的放大能力（后两级未明确指出）。
我们看下输入级，最下面的两个管子构成了电流镜，这个电流镜在之前说TL431的时候我们聊过，再粘过来复习下。
根据电流镜，有IC4=IC1，然后如果说输入级的管子完全一样，IN+和IN-电压又一样，那么必然有IC1=IC2 。结合两式子，就有IC2=IC4，进而推出Ib=0 。
Ib=0有什么特殊的吗？
Ib=0应该就对应运放线性区的中心点。我们回想一下运放的使用，运放工作在线性区时，是不是有“虚短”，就是IN+等于IN-，那不就对应Ib=0吗？
前面说的是IN-和IN+输入管子完全一样的情况，但是我们知道，实际生产中，管子肯定是有一定差别的，这就导致了在IN-和IN+电压一样的时候，导致IC1和IC2不一样，而因为电流镜，IC1=IC4依然成立，这样就导致IC2≠IC4，最终导致Ib≠0 。这个Ib输入到后两级电路中被放大，最终反应到out端。
如果我们想要Vout=0，那么就要Ib=0，这时候就得在IN+和IN-端加一个电压差，来抵消管子差异带来的影响，正好让IC1=IC2，这个压差其实就是Vos 。
运放给出的Vos一般是一个范围，同一个型号的运放，不同的个体之间，Vos也是不同的，如下图是的不同个体之间失调电压的分布情况。
到这里，脑子里应该对于运放的Vos有一个基本理解了吧，下面看看电路设计需要如何评估这个参数的影响。
电路设计时，Vos要不要考虑？
下图是手册中标注的失调电压。
可以看到，这颗运放的Vos最大才4mV，好像也不怎么高，那么要不要考虑呢？
如果不知道，我们想一个具体的场景：假如我们有一个同相放大电路，放大50倍，要求输出电压误差不超过100mV，这个运放满足要求吗？100mV比4mV大很多呀，好像也能用，是这样吗？
答案是不满足要求的。
这是因为，失调电压在电路中也是会被放大的。上面的场景，4mV的失调电压，会在输出端产生200mV的误差，所以不满足要求。
不过有一点需要注意，失调电压在输出端造成的误差，并不总是等于放大电路本身的放大倍数，这一点我之前也是想错了，最近看了一些资料，才搞清楚这个问题。推己及人，我想兄弟们可能也会理解错误，所以下面说说具体是怎么回事。