Part 01

前言

提到運算放大器的特性，大家能想到的關(guān)鍵詞基本是開環(huán)增益、失調(diào)電壓、帶寬和噪聲，很容易把輸入偏置電流給忽略掉。我想大概率是因為在大學學習模擬電路時經(jīng)常聽到“虛短”，“虛斷”導致的吧，因為“虛斷”是因為理想運放輸入阻抗無窮大，既然都無窮大了，那還考慮啥輸入偏置電流呢？如果這樣想，說明你只是看到了運放的“表”，而沒有仔細研究過運放的“里”。 偏置電流的定義 先贅述一下偏置電流的定義吧，規(guī)格書中的名詞“輸入偏置電流”(IB) – 是指流入或流出運算放大器輸入引腳的直流電流，這一直流電流存在的意義是運放在正常工作期間為運放設(shè)置正確的直流工作點。 為什么需要為運放設(shè)置直流工作點呢？

那么問題來了，為什么需要為運放設(shè)置直流工作點呢？看下圖黃色區(qū)域，有些人一看到運放內(nèi)部拓撲電路就頭大，這么一大堆三極管，看不懂怎么辦呢？不管多復雜，記住運放就三大塊：輸入級，中間級，輸出級。

黃色區(qū)域是運放的輸入級，輸入級就是一個差分放大電路，比如下圖的Q1，Q2就是差分輸入對管，這是兩個PNP三極管，看到三極管，看到放大，你就想想三極管要想工作在放大區(qū)，就得為三極管設(shè)置直流工作點，避免三極管飽和或者截止了。除了三極管，我們也能用MOS管搭建輸入級的差分放大電路，各有優(yōu)勢，如果用MOSFET，MOSFET屬于電壓控制器件，MOSFET工作時需要的直流柵極電流非常小，此時輸入偏置電流主要由來自輸入端口的ESD保護器件和連接到輸入的其他次級電路的漏電決定，漏電流的大小很小，一般是皮安級別的。所以雙極結(jié)型晶體管 (三極管) 放大器的輸入需要基極電流來實現(xiàn)適當?shù)钠茫虼溯斎肫秒娏饕蟮枚啵俏布墑e的。因此，輸入偏置電流對于BJT放大器來說是一個重要問題。

為什么需要BJT輸入放大器？

既然BJT輸入放大器的輸入偏置電流大， CMOS放大器的輸入偏置電流小，那BJT輸入放大器是不是要淘汰了？當然不會，在相同的靜態(tài)電流下，BJT與CMOS晶體管相比具有更大的跨導。BJT之間的匹配也更好（匹配不好，就會導致輸入失調(diào)電流較大），BJT噪聲性能也更好。放大能力指標跨導，BJT之間的匹配性，噪聲能力，這三個因素都是影響運放性能的關(guān)鍵因素，所以BJT輸入放大器雖然輸入偏置電流大，但是優(yōu)勢也不小。

Part 02

案例分析

上面我們著重介紹了運放需要偏置電流才能正常工作，那么如何為運放設(shè)置偏置電流？如何一眼看出運放的偏置電流設(shè)置的有沒有問題呢？接下來我們就看一個案例。我們以同相放大電路為例。下面是仿真電路圖：

接下來是仿真波形：綠色線是放大后的輸出波形，藍色線是輸入波形

乍一看這仿真波形挺正常，接下來我們放大看一看，輸入電壓為0V，輸出電壓也應(yīng)該是0V，但是實際仿真會發(fā)現(xiàn)輸出存在-100mV的輸出失調(diào)電壓，那這個-100mV的輸出失調(diào)電壓是哪里來的呢？明明輸入都放了電容，即便輸入直流信號自己有偏置也肯定不會導致輸出存在失調(diào)電壓啊，難道是運放自己不太行？

直接說答案吧，其實就是運放是偏置電流設(shè)置不正確導致的。

再看看原理圖，前面我們說了運放需要配置正確的直流偏置點才能正常工作，電容C1在進行直流分析時，其阻抗相當于無窮大，這導致運放+輸入引腳的電流非常小，從而無法為運放提供正確的直流偏置點，導致輸出存在-100mV的輸出失調(diào)電壓。

如何解決呢？很簡單，既然電路的偏置不正確，那我們就加個正確的偏置，也就是下面的電阻R4，所以如果在電路圖里看到運放輸入接了各對地的電阻，你可別感覺沒用就直接去掉，一定要搞清楚了。

增加電阻R4后我們重新仿真，得到下面的仿真波形，這下輸入電壓為0V，輸出電壓也是0V了，這樣就對了。

Part 03

如何快速判斷偏置電流有沒有問題呢？

如果你的運放電路里有加電容或者變壓器隔離，那么你就看看運放的輸入+和-有沒有和電源或地通過電阻相連，比如下面這倆電路一看就有問題，

解決的方案就是下面直接電阻搞起就行了。