一、偏置電流定義

理想運算放大器的輸入端口沒有電流流入流出。但實際運放器件的輸入端口存在著兩個偏置電流， 和 。

▲ 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：

運放偏置電流是一個變化的參數；

隨著器件不同，可能從 60fA（每3 流過 1 個電子）到數個微安級別；

一些運放結構具有匹配的 ? ，一些運放 不匹配；

有些運放中的 隨著溫度變化很小，但是 FET運放隨著溫度每升高 10℃ ? 增加一倍；

有些運放的 可能會雙向流動；

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微安。帶有長尾對輸入結構的 BJT 或者 FET 運放的偏置電流是單向流動。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。

??偏置電流在運放輸入端外部電阻后產生電壓會對使用者造成麻煩，產生系統(tǒng)誤差。比如對于一個同相單位增益緩沖電流，如果信號源電阻為 1MΩ，那么當 ? 時，就會產生 10mV 的誤差，對于任何系統(tǒng)這個誤差都不能被忽略。或者當設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。也許在電容開始充電時電路工作，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刻警惕。

二、失調電流

輸入失調電流是指兩個偏置電流 之間的差別， 。如果兩個偏置電流一開始就匹配時，失調電流會產生影響，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，失調電流也不會產生太大的影響。 ??在軌到軌輸入端電路設計中，由于存在兩個并行的輸入級，當共模電壓經過轉換區(qū)域時，偏置電流會改變方向，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。 ??這種電路的優(yōu)點：

失調電壓?。盒∮?10 ? ；

失調電壓漂移?。盒∮??/℃；

偏置電流溫度穩(wěn)定性好；

偏置電流?。盒∮?? ；

電壓噪聲小：小于 ；

電路的缺點：

偏置電流匹配性不好，甚至電流流向會發(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，所以噪聲的能量會相加。通常情況下偏置電流補償特性在器件的數據手冊中并沒有給出，在內部電路原理圖中也不顯示?？梢酝ㄟ^器件的偏置電流指標來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，可以通過外部輸入匹配電阻 R3 (R3=R1//R2) 來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，通常需要并聯一個電容來降低噪聲。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一個電阻 Rs 用于測量偏置電流 ?IB。偏置電流在串聯電阻上產生一個附加的失調電壓 ? 。如果輸出電壓 ? 在開始的時候已經測量記錄了，那么 ? 的變化就反應了 ? 上的由于 ? 所帶來的電壓變化。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，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，這種方法也會變得困難。

▲ 圖1.5.2 計分方法測量偏置電流

S1 打開測量 ? ;

S2 打開測量 ? ；

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

編輯：黃飛

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