运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)

实际的运放等效电路为:一个理想运放加上输入端的两个电流源。

那么什么是偏置电流,什么又是失调电流呢?

运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)(1)

偏置电流(Input offset current)

§定义:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的平均值。

§优劣范围:60fA~100µA。这取决于运放输入端结构,运放的两个输入端并不是绝对高阻的。

运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)(2)

§后果:第一,当用放大器接成跨阻放大测量外部微小电流时,过大的输入偏置电流会分掉被测电流,使测量失准。第二,当放大器输入端通过一个电阻接地时,这个电流将在电阻上产生不期望的输入电压。后面将要所述的,用外部电阻实现匹配抵消偏置电流影响的措施,在此就失效了。

§对策:为避免输入偏置电流对放大电路的影响,最主要的措施是选择IB较小的放大器。还有就是进行阻抗匹配。

运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)(3)

这里我们先提一下,如果通过匹配电阻来消除偏置电流的影响。大家看一下上图,通过几个等式就可以得到Vout的表达式。

这里需要假设的是运放两个输入端的输入电流相同,即Ib1=Ib2=IB。而因为需要消除这样的影响,那么就另Vout=0。继而得到R3等于R1与R2的并联。

所以如果要想消除偏置电流的影响,那么对于R3的取值就是反馈电阻的并联值。这个一般模电里面直接就会给出来,但是没有给出原因。各位可能也不知所以然,所以就很容易忘记。

失调电流(Input offset current)

§定义:当输出维持在规定的电平时,两个输入端流进电流的差值。

§优劣范围:20fA~100µA。数量级相差巨大,这取决于运放输入端结构,FET输入的会很小。

§理解:需要注意的是,这是数值的大小一般与该芯片的偏置电流相当。这很像一个班级的考试分数,平均大于70分,最大值与最小值差值大约也是70分(100分-30分)。我们很少见到奇怪的现象:偏置电流是失调电流的10倍,说明其一致性太好了。

§后果:失调电流的存在,说明两个输入端客观存在的电流有差异,后面将要所述的,用外部电阻实现匹配抵消偏置电流影响的措施,在此就失效了。

失调电压误差(Output voltage error)

说到这,运放的输入失调电压,输入偏置电流,输入失调电流,都是以直流分量存在的。因为这几项的存在,会影响电路的静态输出电压,即合力产生了输出失调电压。这是什么,就是零飘。

运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)(4)

运放失调电压和失调电流(一文读懂运放偏置电流和输入失调电流)(5)

上图最底下这个等式,就是输出电压误差与之相关的三个关键输入的关系。输入失调电压,相互关联的输入偏置电流和输入失调电流。电流的影响要带上电阻。

这个时候如果你通过匹配电阻来降低输出失调电压的话,那么就不太现实了。因为这些参数跟环境温度,使用年限都相关,如果你调整完了,温度一上来又给回去了。

所以减小输出电压误差可以通过三个措施:即选择低输入失调电压,低输入偏置电流,低外部配置电阻。外部电阻越大,电流引起的输出失调越明显。尽管某些运放输入偏置电流很小,只要外部电阻足够大,总能让电流项在输出失调中显现作用。

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