技术文章：放大器偏置电流Ib需要完整的直流回路
多数工程师对于放大器偏置电流参数并不陌生，它是导致放大器电路产生直流噪声的又一重要影响因素。因为偏置电流经过输入端电阻网络会形成一个失调电压源，再通过电路的噪声增益影响输出直流噪声。所以工程师会注重电阻网络的匹配，降低偏置电流对电路的影响。而本篇从偏置电流存在方式影响放大器正常工作的角度，通过一个案例提醒工程师在放大器电路设计中，需要确保偏置电流具有完整的直流回路。
1.偏置电流定义
实际放大器的两个输入端会流入少量电流，如图2.25。放大器的同相输入端流过电流为Ib+，反相输入端流过电流为Ib–。
图2.25放大器输入偏置电流模型图
放大器的输入偏置电流（Input Bias Current，Ib）定义为流过两个输入端电流的均值，如式2-11。
流过两输入端电流之差定义为放大器的输入失调电流（Input Offset Current，Ios），如式2-12。
由失调电流Ios，偏置电流Ib关系式，可推倒其中,Ib+、Ib-分别为式2-13、2-14。
与失调电压参数不同，偏置电流参数是以直流电流的形式存在。而只有在电路的直流回路完整时，回路中才能形成直流电流。如果不注重这一点，所设计的放大器电路将会发生异常情况。
2.偏置电流案例分析
2018年8月中旬，一位工程师反馈所设计的250KHz 信号处理电路出现异常，电路第一级放大器输出信号是峰峰值为0.2V，频率为250KHz 的正弦信号。第二级电路如图2.28，使用AD8066设计为增益电路，发现在输出端存在严重的失调电压。工程师认为电路使用交流耦合方式，应该避免了第一级放大器直流噪声的影响。
图2.28 AD8066设计电路图
笔者在与工程师检视AD8066电路未察觉异常情况，在故障复现的测试中，发现工程师所使用的AD8066测试电路如图2.29。即图2.28电路中AD8066同相输入端IN网络里的电阻R4没有焊接。在交流耦合电路中，将导致AD8066偏置电流没有完整的直流回路，放大器内部晶体管缺少正确静态工作点。说明问题原因，工程师恢复焊接电阻R4，电路运行正常。
图 2.29 AD8066测试电路图
使用LTspice仿真图2.29的AD8066测试电路。瞬态分析结果如图2.30，在缺少R4的电路，AD8066输出信号存在200mV的失调电压。
图 2.30 AD8066测试电路仿真结果
针对图2.28的AD8066设计电路进行仿真，瞬态分析结果如图2.31。AD8066的输出不再复现失调电压。
图2.31 AD8066设计电路仿真结果
所以在放大器的设计中，首先应该确保偏置电流具有完整的直流回路，才能使得放大器正常工作。
分享
图片新闻
最新活动更多
-
11月28日立即报名>>> 2024工程师系列—工业电子技术在线会议
-
11月29日立即预约>> 【上海线下】设计，易如反掌—Creo 11发布巡展
-
11月30日立即试用>> 【有奖试用】爱德克IDEC-九大王牌安全产品
-
即日-12.5立即观看>> 松下新能源中国布局：锂一次电池新品介绍
-
12月19日立即报名>> 【线下会议】OFweek 2024（第九届）物联网产业大会
-
即日-12.26火热报名中>> OFweek2024中国智造CIO在线峰会
发表评论
请输入评论内容...
请输入评论/评论长度6~500个字
暂无评论
暂无评论