運(yùn)算放大器的簡易測量--失調(diào)和偏置電流

一、什么是偏置電流Ib 與輸入失調(diào)電流Ios ：

1.1、通常情況將放大器的同相輸入端與反相輸入端的輸入電流的平均值作為偏置電流Ib。

1.2、輸入失調(diào)電流是放大器的兩個(gè)輸入端的電流的偏差。導(dǎo)致輸入失調(diào)電流的主要原因是由于放大器輸入級差分對不完全匹配。同時(shí)溫度也會影響放大器的輸入偏置電流，采用溫漂(Input Offset Current Drift)來描述這個(gè)參數(shù)，表示的是溫度每升高1度輸入級電流的變化量。

1.3、 運(yùn)放設(shè)計(jì)電路中，大家會經(jīng)常見到在放大器輸入端添加一個(gè)偏置電流補(bǔ)償電阻Rb,并且使得Rb=R1//R2。我們接下來分析Rb的作用以及是否真的需要它。以同相放大為例，流入反相端的電流在R1//R2上產(chǎn)生的壓降為Vos1=Ibn*(R1//R2) ，那么由于添加了Rb電阻，所以在同相端上由于偏置電流產(chǎn)生的電壓為Vos2=Ibp*Rb。當(dāng)滿足Rb=R1//R2時(shí)，對于放大器的同相端和反相端而言，由于偏置電流在電阻上產(chǎn)生的電壓就相等。因此采用引入Rb的方法消除了Ib的影響。

1.4、 添加Rb的作用是減小由于偏置電流在R1//R2上產(chǎn)生的壓降，從而減小引入到輸入端的誤差。

1.5、當(dāng)我們在判斷是否需要使用Rb電阻進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)該先查閱對應(yīng)芯片的datasheet中關(guān)于偏置電流與失調(diào)電流的描述：

1.5.1)如果偏置電流與失調(diào)電流數(shù)量級相當(dāng)，那么引入Rb電阻將沒有實(shí)質(zhì)效果甚至還會由于在輸入端傳入了電阻會帶來熱噪聲。

1.5.2)如果偏置電流明顯大于失調(diào)電流，那么需要計(jì)算在當(dāng)前電路拓?fù)渲衅秒娏鳟a(chǎn)生的直流誤差是否足以影響到我們關(guān)心的信號的精度。

二、測量方法：

理想運(yùn)算放大器具有無限大的輸入阻抗，無電流流入其輸入端。但在現(xiàn)實(shí)中，會有少量“偏置”電流流入反相和同相輸入端(分別為Ib–和Ib+)，它們會在高阻抗電路中引起顯著的失調(diào)電壓。根據(jù)運(yùn)算放大器類型的不同，這種偏置電流可能為幾fA -幾nA;在某些超快速運(yùn)算放大器中，甚至達(dá)到1 - 2 μA。圖 3 顯示如何測量這些電流。

圖一 、雙運(yùn)放測量失調(diào)和偏置電流

表一、雙運(yùn)放測量失調(diào)和偏置電流輸入失調(diào)電流數(shù)據(jù)? ? ? ??

圖二?、單運(yùn)放測量失調(diào)和偏置電流

表二、單運(yùn)放測量失調(diào)和偏置電流輸入失調(diào)電流數(shù)據(jù)

圖三、TLV2451AID規(guī)格參數(shù)

如圖一、圖二所示，該測試電路與測試失調(diào)電壓電路基本相同，只是DUT輸入端增加了兩個(gè)串聯(lián)電阻R1 和R2。這些電阻可以通過開關(guān)S1 和S2短路。當(dāng)兩個(gè)開關(guān)均閉合時(shí)，該測試電路與失調(diào)電壓電路完全相同。當(dāng)S1斷開時(shí)，反相輸入端的偏置電流流入Rs，電壓差增加到失調(diào)電壓上。通過測量TP1 的電壓變化(=1000 Ib–×Rs)，可以計(jì)算出Ib–。同樣，當(dāng)S1 閉合且S2 斷開時(shí)，可以測量Ib+。如果先在S1 和S2 均閉合時(shí)測量TP1 的電壓，然后在S1 和S2 均斷開時(shí)再次測量TP1 的電壓，則通過該電壓的變化可以測算出“輸入失調(diào)電流”Ios，即Ib+與Ib–之差。R1 和 R2 的阻值取決于要測量的電流大小。

如果Ib的值在 5 pA左右，則會用到大電阻，使用該電路將非常困難，可能需要使用其它技術(shù)，牽涉到Ib給低泄漏電容(用于代替Rs)充電的速率。

當(dāng)S1 和S2 閉合時(shí)，Ios仍會流入 100 ?電阻，導(dǎo)致Vos誤差，但在計(jì)算時(shí)通?？梢院雎运?，除非Ios足夠大，產(chǎn)生的誤差大于實(shí)測Vos的 1%。

審核編輯：湯梓紅

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