运放的常见参数释义.pdf

一般运放的 datasheet 中会列出众多的运放 参数，有些易于理解，我们常关注，有 些可能会被忽略了。在接下来的一些主题里，将对每一个参数进行详细的说明和分 析。力求在原理和对应用的影响上把运放参 数阐述清楚。 输入偏置电流和输入失调电流 第一节要说明的是运放的输入偏置电流 Ib 和输入失调电流 Ios .众说周知，理想运 放是没有输入偏置电流 Ib 和输入失调电流 Ios .的。但每一颗实际运放都会有输入 偏置电流 Ib 和输入失调电流 Ios .我们可以用下图中的模型来说明它们的定义。 输入偏置电流 Ib 是由于运放两 个输入极都有漏电流（我们暂且称之 为漏电流）的存在。我们可以理解为，理想运放的各个输入端都串联进了一个电流 源，这两个电流源的电流值一般为不相同。也 就是说，实际的运入，会有电流流入 或流出运放的输入端的（与理想运放的虚断不太一样）。那么输入偏置电流就定义 这两个电流的平均值，这个很好理解。输入失 调电流呢，就定义为两个电流的差。 说完定义，下面我们要深究一下这个电流的来源。那我们就要看 一下运入的输入级了，运放的输入级一般采用差分输入（电压反馈运放）。采用的 管子，要么是三级 管 bipolar，要么是场效应管FET。如下图所示，对于bipolar, 要使其工作在线性区，就要给基极提供偏置电压，或者说要有比较大的基极电流，也 就是常说的，三极管是电流控制器件。那么其偏置 电流就来源于输入级的三极管的 基极电流，由于工艺上很难做到两个管子的完全匹配，所以这两个管子 Q1 和 Q2 的 基极电流总是有这么点差别，也就是输入的失调 电流。Bipolar 输入的运放这两个 值还是很可观的，也就是说是比较大的，进行电路设计时，不得不考虑的。而对于 FET 输入的运放，由于其是电压控制电 流器件，可以说它的栅极电流是很小很小的， 一般会在 fA 级，但不幸的是，它的每个输入引脚都有一对 ESD 保护二极管。这两个 二极管都是有漏电流的，这个漏 电流一般会比FET 的栅极电流大的多，这也成为了 FET 输入运放的偏置电流的来源。当然，这两对 ESD 保护二极管也不可能完全一致， 因此也就有了不同的漏 电流，漏电流之差也就构成了输入失调电流的主要成份。 下面列表中上表是 bipolar 的LM741 的输入偏置电流和输入失调电流，这个电流流 到外面电阻，即使是 K 欧级的，也会产生几十 uV 的失调电压，再经放大，很容易就 会使输出的电压误差到 mV 级。下表则是 CMOSFET 的OPA369 的输入偏置电流和输入 失调电流，这两个值要小的多了，比较好的 COMS 运放输入偏置电流和输入失调电流 的典型值可以做到小于 1pA 的目标。 这里还要强调的是，ESD 的反向漏电流是与其反相电压有关的。因 此当 Vin=(Vcc-Vss)/2 时，加在两个 ESD 保护二极管的电压相当，他们的反向电流 可以认为是近似相等的，此时理想情况是无电流流入或流出的，实际情况是电流达 到最小值。因此这时 有最小的偏置电流，当运放输入端电压 Vin 不等于(Vcc-Vss)/2， 势必造成一个二极管的反向电压高，另一个低，此时两个二极管的反向漏电流就不 等 了，这个差电流就会构成了输入偏置电流的主要成份。这个现场称为领节效应。 因此要使FET 输入偏置电流最小，就要把共模电压设置在 (Vcc-Vss)/2 处。 上面分析了定义和来源。下面就要说说这两个参数对电路的影响 了，输入偏置电流会流过外面的电阻网络，从而转化成运放的失调电压，再经运放 话后就到了运入的 输出端，造成了运放的输入误差。这也就说明了，在反向放大电 路中，为什么要在运放的同相输入端连一个电阻再接地的原因。并且这个电阻要等 于反向输入端的电 阻和反馈电阻并联后的值。这就是为了使两个输入端偏置电流流 过电阻时，形成的电压值相等，从而使它们引入的失调电压为 0。这样说，太抽象 了，还是看下面一 组图容易理解一些。 再有一点，对于微小电流检测的 电路，一般为跨阻放大电路，如 光电二极管的探测电路，一般有用光信号都比较微弱转化的光电源信号更微弱，常 常为 nA 级甚于 pA 级。这个电路的本意是想让光 电流向反馈电阻流动从而在放大电 路输出端产生出电压。如果选用的运放的输入偏置电流过大，刚这个微弱的光电流 会有一部分流入到运放的输入端，而达不到预设 的 I/V 线性转化。