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偏置電流是怎樣影響運放電路的？

  • 2023-01-31 10:55:00
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理想中的運放因為虛斷，是沒有電流流進或流出輸入端的，但現實中的運放會有偏置電流流進或流出輸入端，運放的偏置電流是個壞孩子，它是運放與生俱來的特性（如下圖的Ib1和Ib2），它對運放電路會產生什么影響呢?今天就來和大家一起分析下，下圖以同相放大電路為例。

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芯片手冊中常見的偏置電流參數
上圖運放藍色部分我們將它看成一個理想運放，紅色部分是現實中的運放，Ib1和Ib2分別是反相和同相端的偏置電流，參見下圖，同相端因沒有串聯電阻，故同相端的偏置電流Ib2對電路不會產生誤差。因理想運放輸入端是虛斷狀態(tài)，根據基爾霍夫電流定律，可得出 I1=I2+Ib1--式1,
根據虛短特性，可知A點電壓VA等于VIN, 
I1=(VOUT-VIN)/R2
I2=VIN/R1 分別代入式1
可得出：VOUT=Ib1*R2+(1+R2/R1)VIN.--式2
我們都知道此同相放大電路的放大倍數為(1+R2/R1)VIN，根據這個來觀察式2，發(fā)現考慮到偏置電流的情況下，輸出電壓VOUT會產生一個Ib1*R2的誤差，這個誤差可以看成偏置電流Ib1流過反饋電阻R2產生的壓降。

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我們也可以換一種方式來分析以上現象，對于以上偏置電流產生的VOUT誤差，可以這樣來定量分析，當忽略運放的偏置電流時，即不考慮Ib1時，I1=I2. A點電壓VA=VIN,當不忽略運放的偏置電流時，I1=I2+Ib1，此時還是VA=VIN，即A點的電壓不變，說明流經R1的電流即I2不變，根據I1=I2+Ib1，可得出結論，不忽略偏置電流時，這個多出來的Ib1是完全通過增加流過R2上的電流I1來達到的。即得出結論，由于Ib1的存在，使流經電阻R2上的電流I1增大了Ib1倍,導致輸出電壓VOUT,產生了Ib1*R2的輸出誤差。
具體本例中，VOUT會產生Ib1*R2大的輸出誤差，200nA*99K等于將近20mV.可別小看了這區(qū)區(qū)20mV.在12位的ADC采集應用中，20mV的誤差，你想想ADC會產生多少階的誤差？
本例中，運放同相端沒有串聯電阻的目的，是為了簡化計算過程，為了能突出偏置電流的影響，如在同相端也串入合理大小的電阻的話，同樣會使運放輸出VOUT向相反的方向產生一個誤差，元器件參數合理的話，正負兩個方向的誤差會疊加消除，使運放偏置電流產生的影響最小化。