淺談運(yùn)放電路的輸入偏置電流Ib和輸入失調(diào)電流Ios

模型圖

眾所周知，理想運(yùn)放是沒有輸入偏置電流Ib和輸入失調(diào)電流Ios 的。但每一顆實(shí)際運(yùn)放都會(huì)有輸入偏置電流Ib和輸入失調(diào)電流Ios 。我們可以用下圖 1 中的模型來說明它們的定義。

圖 1 模型圖

定義

由于運(yùn)放兩個(gè)輸入極都有漏電流的存在。我們可以理解為，理想運(yùn)放的各個(gè)輸入端都串聯(lián)進(jìn)了一個(gè)電流源，正相輸入端表示為：Ib+，反向輸入端定義為：Ib-。這兩個(gè)電流源的電流值一般為不相同。也就是說，實(shí)際的運(yùn)入，會(huì)有電流流入或流出運(yùn)放的輸入端的（與理想運(yùn)放的虛斷不太一樣）。 那么 輸入偏置電流Ib就定義這兩個(gè)電流的平均值，這個(gè)很好理解。

輸入失調(diào)電流Ios，就定義為兩個(gè)電流的差。

產(chǎn)生的來源

說完定義，下面我們要深究一下這個(gè)電流的來源。那我們就要看一下運(yùn)入的輸入級(jí)了，運(yùn)放的輸入級(jí)一般采用差分輸入。采用的晶體管，要么是雙極型晶體管BJT，要么是場(chǎng)效應(yīng)管FET。

如下圖 2 所示，對(duì)于BJT，要使其工作在線性區(qū)，就要給基極提供偏置電壓，或者說要有比較大的基極電流，也就是常說的，三極管是電流控制器件。那么其偏置電流就來源于輸入級(jí)的三極管的基極電流，由于工藝上很難做到兩個(gè)管子的完全匹配，所以這兩個(gè)管子Q1和Q2的基極電流總是有這么點(diǎn)差別，也就是輸入的失調(diào)電流。BJT型輸入的運(yùn)放這兩個(gè)值還是比較大的，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，不得不考慮。而對(duì)于FET輸入的運(yùn)放，由于其是電壓控制電流器件，可以說它的柵極電流是很小很小的，一般會(huì)在fA級(jí)。

但是，它的每個(gè)輸入引腳都有一對(duì)ESD保護(hù)二極管。這兩個(gè)二極管都是有漏電流的，這個(gè)漏電流一般會(huì)比FET的柵極電流大的多，這也成為了FET輸入運(yùn)放的偏置電流的來源。當(dāng)然，這兩對(duì)ESD保護(hù)二極管也不可能完全一致，因此也就有了不同的漏電流，漏電流之差也就構(gòu)成了輸入失調(diào)電流的主要成份。

圖 2 運(yùn)放輸入級(jí)結(jié)構(gòu) 使用注意點(diǎn)：

輸入偏置電流會(huì)流過外面的電阻網(wǎng)絡(luò)，從而轉(zhuǎn)化成運(yùn)放的失調(diào)電壓，再經(jīng)運(yùn)放后就到了運(yùn)入的輸出端，造成了運(yùn)放的輸入誤差。這也就說明了，在反向放大電路中，為什么要在運(yùn)放的同相輸入端連一個(gè)電阻再接地的原因。并且這個(gè)電阻要等于反向輸入端的電阻和反饋電阻并聯(lián)后的值。這就是為了使兩個(gè)輸入端偏置電流流過電阻時(shí)，形成的電壓值相等，從而使它們引入的失調(diào)電壓為0。

再有一點(diǎn)，對(duì)于微小電流檢測(cè)的電路，一般為跨阻放大電路，如光電二極管的探測(cè)電路，一般有用光信號(hào)都比較微弱轉(zhuǎn)化的光電源信號(hào)更微弱，常常為nA級(jí)甚于pA級(jí)。這個(gè)電路的本意是想讓光電流向反饋電阻流動(dòng)從而在放大電路輸出端產(chǎn)生出電壓。如果選用的運(yùn)放的輸入偏置電流過大，剛這個(gè)微弱的光電流會(huì)有一部分流入到運(yùn)放的輸入端，而達(dá)不到預(yù)設(shè)的I/V線性轉(zhuǎn)化。

還需要注意的一點(diǎn)，許多運(yùn)放的輸入失調(diào)電流會(huì)隨著溫度的變化而變化，如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是在很寬的溫度范圍內(nèi)工作，這一因素不得不考慮。
編輯：hfy