【導讀】偏置電流在運放輸入端外部電阻后產(chǎn)生電壓會(huì )對使用者造成麻煩，產(chǎn)生系統誤差。比如對于一個(gè)同相單位增益緩沖電流，如果信號源電阻為 1MΩ，那么當 時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生 10mV 的誤差，對于任何系統這個(gè)誤差都不能被忽略。
一、偏置電流定義
理想運算放大器的輸入端口沒(méi)有電流流入流出。但實(shí)際運放器件的輸入端口存在著(zhù)兩個(gè)偏置電流，即IB+和IB-。
▲ 圖1.1 運算放大器的偏置電流 ??
運放的偏置電流有以下特點(diǎn)：
運放偏置電流是一個(gè)變化的參數；
隨著(zhù)器件不同，可能從 60fA（每3 流過(guò) 1 個(gè)電子）到數個(gè)微安級別；
一些運放結構具有匹配的 ，一些運放 不匹配；
有些運放中的 隨著(zhù)溫度變化很小，但是 FET運放隨著(zhù)溫度每升高 10℃ 增加一倍；
有些運放的 可能會(huì )雙向流動(dòng)；
在 AD549[2] 靜電計運放的 大約為 60fA，一些高速運放的偏置電流可以達到數十個(gè)微安。帶有長(cháng)尾對輸入結構的 BJT 或者 FET 運放的偏置電流是單向流動(dòng)。一些復雜結構（偏置補償或者電流反饋運放）內部有不同電流源，對應的偏置電流是雙向流動(dòng)。
偏置電流在運放輸入端外部電阻后產(chǎn)生電壓會(huì )對使用者造成麻煩，產(chǎn)生系統誤差。比如對于一個(gè)同相單位增益緩沖電流，如果信號源電阻為 1MΩ，那么當 時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生 10mV 的誤差，對于任何系統這個(gè)誤差都不能被忽略?；蛘弋斣O計者忘記偏置電流這么一回事，使用電容耦合信號，則電路就跟不能工作。也許在電容開(kāi)始充電時(shí)電路工作，后面引起錯誤輸出。重要的是在任何運放電路設計中不要忽略 的作用，對放大電路內部也需要時(shí)刻警惕。
二、失調電流
輸入失調電流是指兩個(gè)偏置電流 之間的差別， 。如果兩個(gè)偏置電流一開(kāi)始就匹配時(shí)，失調電流會(huì )產(chǎn)生影響，比如對于大多數電壓負反饋運放電路。如果對于電流反饋電路，由于偏置電流就根本不匹配，失調電流也不會(huì )產(chǎn)生太大的影響。 ??在軌到軌輸入端電路設計中，由于存在兩個(gè)并行的輸入級，當共模電壓經(jīng)過(guò)轉換區域時(shí)，偏置電流會(huì )改變方向，對于這種器件，偏置和失調電流相對難以定義，通常簡(jiǎn)單給出正負最大范圍。失調電流的大小通常是偏置電流的十分之一左右。
三、內部偏置電流抵消電路
下圖顯示了內部提供偏置電流源設計，實(shí)際輸入偏置電流是內部偏置電流減去三極管偏置電流的差，所以會(huì )非常小。
▲ 圖1.3.1 內部帶有偏置電流補償電路雙極性輸入級 ??
一些當代精密運放使用了內部偏置電流補償電路，比如大家熟悉的 OP07[3] 、 OP27[4] 運放系列。下面給出了這種電路的優(yōu)缺點(diǎn)。 ??這種電路的優(yōu)點(diǎn)：
失調電壓?。盒∮?10 ；
失調電壓漂移?。盒∮?nbsp; /℃；
偏置電流溫度穩定性好；
偏置電流?。盒∮?nbsp; ；
電壓噪聲?。盒∮?；
電路的缺點(diǎn)：
偏置電流匹配性不好，甚至電流流向會(huì )發(fā)生變化；
電流噪聲大；
對于高頻電路用途不大；
由于附加了輸入阻抗，會(huì )造成匹配信號源阻抗困難；
由于輸入端噪聲源包括有輸入三極管基極噪聲電流和補償噪聲電流，它們是不相關(guān)，所以噪聲的能量會(huì )相加。通常情況下偏置電流補償特性在器件的數據手冊中并沒(méi)有給出，在內部電路原理圖中也不顯示?？梢酝ㄟ^(guò)器件的偏置電流指標來(lái)確認是否內部具有偏置電流補充電路。如果偏置電流指標為 “±” 數值，通常器件具有偏置電流補償電路。
四、消除偏置電流影響
當運放的偏置電流很好的匹配（對于一些雙極性輸入級，不帶內部偏置電流補償電路）的運放，可以通過(guò)外部輸入匹配電阻 R3 (R3=R1//R2) 來(lái)抵消偏置電流的影響，減少了附加的失調電壓誤差。當 R3 大于 1kΩ時(shí)，通常需要并聯(lián)一個(gè)電容來(lái)降低噪聲。對于偏置電流不匹配的運放，這種外部匹配電阻的使用非但不起作用，有可能會(huì )使誤差變得更糟。
▲ 圖1.4.1 消除偏置電流影響的應用電路
五、測量失調和偏置電流
下圖給出了測量偏置電流（或者輸入失調電壓）的電路。在被測運放的輸入端串聯(lián)一個(gè)電阻 Rs 用于測量偏置電流 IB。偏置電流在串聯(lián)電阻上產(chǎn)生一個(gè)附加的失調電壓 。如果輸出電壓 在開(kāi)始的時(shí)候已經(jīng)測量記錄了，那么 的變化就反應了 上的由于 所帶來(lái)的電壓變化。當 被測量出之后，它們的平均值 就是運放的偏置電流。 ??
對于一些雙極性運放， 通常選擇 ，對于 FET 輸入器件， 選擇 1000MΩ。
▲ 圖1.5.1 測量偏置電流的電路 ??
選擇 ，電路的輸出
S1 閉合，測量 ；
S2 閉合，測量 ；
S1，S2 都閉合，測量 ；
S1，S2 都打開(kāi)，測量 ；
對于輸入偏置電流非常小的運放，可以采用積分方法進(jìn)行測量。偏置電流對電容充電，測量輸出電壓變化率可以獲得偏置電流的大小。充電電容的漏電流通常使用特氟龍（Teflon）或者 聚丙烯（Polypropylene）電容。對于 小于 10fA 的器件，這種方法也會(huì )變得困難。
▲ 圖1.5.2 計分方法測量偏置電流
S1 打開(kāi)測量 ;
S2 打開(kāi)測量 ；
六、參考資料
Hank Zumbahlen, Basic Linear Design, Analog Devices, 2006, ISBN: 0-915550-28-1. Also available as Linear Circuit Design Handbook[5] , Elsevier-Newnes, 2008, ISBN-10: 0750687037, ISBN-13: 978-750687034. Chapter 1.
Walter G. Jung, Op Amp ApplicaTIons,[6] Analog Devices, 2002, ISBN 0-916550-26-5, Also available as Op Amp ApplicaTIons Handbook[7] , Elsevier/Newnes, 2005, ISBN 0-7506-7844-5. Chapter 1.
參考資料
[1]Op Amp Input Bias Current: https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-038.pdf
[2]AD549: http://www.analog.com/en/prod/0%2C2877%2CAD549%2C00.html
[3]OP07: http://www.analog.com/en/amplifiers-and-comparators/operaTIonal-amplifiers-op-amps/op07/products/product.html
[4]OP27: http://www.analog.com/en/other/militaryaerospace/op27/products/product.html
[5]Linear Circuit Design Handbook: http://www.amazon.com/Linear-Circuit-Handbook-Engineering-Devices/dp/0750687037/ref=pd_bbs_sr_1?ie=UTF8&s=books&qid=1222800065&sr=1-1
[6]Op Amp ApplicaTIons,: http://www.analog.com/library/analogDialogue/archives/39-05/op_amp_applications_handbook.html
[7]Op Amp Applications Handbook: http://www.amazon.com/Amp-Applications-Handbook-Analog-Devices/dp/0750678445/ref=pd_bbs_sr_1?ie=UTF8&s=books&qid=1222800384&sr=1-1
（來(lái)源：電子發(fā)燒友，編輯：黃飛）
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