CMOS 晶体管 的栅极 (CMOS 运算放大器 的输入端)有极低的输入 电流 。必须设计附加的 电路 来对脆弱的栅极进行ESD和EOS保护。这些附加的电路是输入偏置电流的主要来源。这些 保护电路 一般都通过在电源轨之间接入钳位 二极管 来实现。图1a中的OPA320 就是一个例子。这些二极管会存在大约几皮安的漏电流。当输入电压大约达到电源轨中间值的时候,漏电流匹配的相当好,仅仅会存在小于1皮安的残余误差电流而成为 放大器 输入偏置电流。
当输入电压接近电源电压时,两个二极管泄漏电流间的关系会发生变化。输入电压靠近轨底的时候,举例来讲,当D2的反相电压接近零时,其泄漏电流值会减小。D1的泄漏会使得输入终端输出更高的偏置电流。显而易见,当输入电压为正电源轨的时候,相反的情况会发生。输入偏置电流值指的是在泄漏近乎匹配并且泄漏值极低的轨中间点 测试 所得到的值。
输入电流和输入电压间的变化曲线如图1b所示。对于任何给定的单元,都存在一个使输入电流为零的输入电压(假设没有显著的封装或者电路版图的泄漏)。事实上,使用轨到轨运算放大器时,通常可以在输入端使用自偏置(图2),同时输出将漂移到对应零输入偏置电流点的电压。这是一个有趣的实验,然而却不是很实用。
JFET输入的放大器有所不同,比如说OPA140 。对OPA140 来讲,输入 晶体 管的栅极是一个二极管结,同时二极管结的泄漏电流常常是输入偏置电流的主要来源。输入二极管结通常会更大,因此会比保护二极管更容易泄漏。因此输入偏置电流往往是不定向的。它会跟随放大器变化。
由此可以得出结论。一定注意,如果极低偏置电流对电路非常重要,仔细查看性能图表来收集所有可以得到的信息。如果在接近正电源轨或者负电源轨的情况下操作,你将会得到较高的输入偏置电流。这将会引出另外一个重要的点-输入偏置电流会随着温度的增加而显著增加。在后边的博客中会给出更多关于温度效应的讨论。
本文适用于大多数通用的CMOS和JFET的放大器,然而还存在一些为极低输入偏置电流而设计的专用放大器。他们使用创新的保护电路独特的插脚引线来使IB在3fA的范围之内,比通用放大器低三个数量级。比如说:
LMP7721-3fA输入偏置电流的CMOS运算放大器
INA116-极低输入电流的 仪表放大器
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