偏置電流

偏置電流

運放是集成在一個晶元上的晶體管放大器,偏置電流 bias current 就是第一級放大器輸入晶體管的基極直流電流。

這個電流保證放大器工作在線性範圍,為放大器提供直流工作點。因為運算放大器要求儘可能寬的共模輸入電壓範圍,而且都是直接耦合的,不可能在晶元上集成提供偏置電流的電流源。所以都設計成基極開路的,由外電路提供電流。因為第一級偏置電流的數值都很小, uA到 nA 數量級,所以一般運算電路的輸入電阻和反饋電阻就可以提供這個電流了。而運放的偏置電流值也限制了輸入電阻和反饋電阻數值不可以過大,使其在電阻上的壓降與運算電壓可比而影響了運算精度。或者不能提供足夠的偏置電流,使放大器不能穩定的工作在線性範圍。如果設計要求一定要用大數值的反饋電阻和輸入電阻,可以考慮用 J-FET 輸入的運放。因為 J-FET 是電壓控制器件,其輸入偏置電流參數是指輸入 PN 結的反向漏電流,數值應在 PA 數量級。同樣是電壓控制的還有 MOSFET 器件,可以提供更小的輸入漏電流。

另外一個有關的運放參數是輸入失調電流 offset current,是指兩個差分輸入端偏置電流的誤差,在設計電路中也應考慮。

術語簡介


晶體管構成的放大器要做到不失真地將信號電壓放大,就必須保證晶體管的發射結正偏、集電結反偏。即應該設置它的工作點。所謂工作點就是通過外部電路的設置使晶體管的基極、發射極和集電極處於所要求的電位(可根據計算獲得)。這些外部電路就稱為偏置電路(可理解為,設置PN結正、反偏的電路),偏置電路向晶體管提供的電流就稱為偏置電流。以常用的共射放大電路說吧,主流是從發射極到集電極的IC,偏流就是從發射極到基極的IB。相對與主電路而言,為基極提供電流的電路就是所謂的偏置電路。偏置電路往往有若干元件,其中有一重要電阻,往往要調整阻值,以使集電極電流在設計規範內。這要調整的電阻 就是偏置電阻。穩定靜態工作點原理 設流過基極偏置電阻的電流IR>>IB,因此可以認為基極電位VB只取決於分壓電阻、,VB與三極體參數無關,不受溫度影響。靜態工作點的穩定是由VB和Re共同作用實現,穩定過程如下:設溫度升高→IC↑→IE↑→VE↑、VB不變→VBE↓→IB↓→IC↓ 其中:IC↑→IE↑是由電流方程 IE = IB+IC得出,IE↑→VBE↓是由電壓方程VBE= VB-IERe得出,IB↓→IC↓是由 IC =βIB得出。由上述分析不難得出,Re越大穩定性越好。但事物總是具有兩面性,Re太大其功率損耗也大,同時VE也會增加很多,使VCE減小導致三極體工作範圍變窄。因此Re不宜取得太大。在小電流工作狀態下,Re值為幾百歐到幾千歐;大電流工作時,Re為幾歐到幾十歐。