如何消除运放偏置电流问题

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bingshiliuxing
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首先,理解下偏执电流的概念:

        运放两个输入端偏置电流的平均值,确切地说是运算放大器工作在线性区时流入输入端的平均电流。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。

        

        运放偏执电流消除应为正负端输入阻抗相同,这样偏执电流造成的影响才能消除,请看下面具体介绍:

        您会为了匹配您运算放大器电路的输入 DC 电阻而添加一个电阻器吗?请看下图所示电路。我

们中的许多人会教条地认为添加 Rb 是一种“好方法”,并让其值等于 R1 和 R2 的并联组合。我们现在就来研究使用这种电阻器的原因,并思考它的使用是否必要。

        添加 Rb 的目的是降低输入偏置电流引起的电压偏移。如果两个输入都有相同的输入偏置电流,则流过相同电阻的相同电流便会形成大小相等但方向相反的偏移电压。因此,输入偏置电流不会增加电路的偏移电压。这种基本想法在某些情况下有优点。但在添加 Rb 以前,您都考虑过它的必要性吗? 很多时候,R1 和 R2 并联电阻足够低,而输入偏置电流也足够低,这样在没有 Rb 的情况下形成的电压偏移便微不足道。在添加该电阻器以前,请首先计算这种误差。本应用中,我们假设运算放大器的输入偏置电流为 10nA。在不使用 Rb 的情况下,输入偏置电流引起的输入参考偏移电压为:

        Ib 引起的输入偏移电压=(10nA)(7.5kΩ)= 75uV

        75uV 输入偏移电压会影响您的电路吗?很多时候,这个问题的答案都是否定的,因此为什么要添加电阻器呢。思考您正使用的运算放大器的偏移电压。例如,如果您的运算放大器的偏移电压规格为 1mV,那么 75Uv 输入偏移电压就没有意义了。因此,在为您的电路添加 Rb 以前,请首先把输入偏置电流产生的误差同偏移电压规格进行比较。 跨阻抗应用通常利用高反馈电阻器值来对非常小的电流进行放大处理。因此,您可能会忍不住要添加 Rb 来平衡两个输入端的电阻。但是,这些应用一般使用FET 或者 CMOS 输入运算放大器。由于它们的输入偏置电流非常低,因此偏移误差一般也非常小。

        如下图:

        Rb 产生的热噪声以及这种高阻抗节点的潜在外部噪声拾取,可能是不使用 Rb的其他原因。由于输入偏置电流的误差最小,为什么要给电路增加更多潜在的噪声呢?有时,我们可能会需要使用偏置电流消除电阻,而且它也是一种有效的方法。但是,许多电路并不会明显受益,甚至会出现性能下降的情况。

lisa813wx
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  运放是集成在一个芯片上的晶体管放大器, 偏置电流 bias current 就是第一级放大器输入晶体管的基极直流电流. 这个电流保证放大器工作在线性范围, 为放大器提供直流工作点. 因为运算放大器要求尽可能宽的共模输入电压范围, 而且都是直接耦合的, 不可能在芯片上集成提供偏置电流的电流源. 所以都设计成基极开路的, 由外电路提供电流. 因为第一级偏置电流的数值都很小, uA 到 nA 数量级, 所以一般运算电路的输入电阻和反馈电阻就可以提供这个电流了. 而运放的偏置电流值也限制了输入电阻和反馈电阻数值不可以过大, 使其在电阻上的压降与运算电压可比而影响了运算精度(特别对于测试微小电流的I-V运放电路来说尤其重要). 或者不能提供足够的偏置电流, 使放大器不能稳定的工作在线性范围.

  如果设计要求一定要用大数值的反馈电阻和输入电阻, 可以考虑用 J-FET 输入的运放. 因为 J-FET 是电压控制器件, 其输入偏置电流参数是指输入 PN 结的反向漏电流, 数值应在 pA 数量级. 同样是电压控制的还有 MOSFET 器件, 可以提供更小的输入漏电流. 另外一个有关的运放参数是输入失调电流 offset current, 是指两个差分输入端偏置电流的误差, 在设计电路中也应考虑. 电路设计时应注意:运放的输入偏置电流是不可避免的,输入端必须有提供输入偏置电流的通路。在设计高精度直流放大放大器或选用具有较大输入偏置电流的运放时,必须使运放两端直流通道电阻相等,这样子才能平衡输入偏置电流。
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