本篇文章開始前，先出2道題考考大家，可以帶著問題閱讀文章。

1）下圖中的電阻Rb是什么作用？

2）在運放電路中，何時加入Rb呢？

*答案見文末*

在解釋Rb的作用前，必須要清楚運放的兩個參數：偏置電流Ib （Bias Current）與輸入失調電流Ios（Offset Current），Rb和這兩個參數緊密相關。? 什么是偏置電流Ib 與輸入失調電流Ios？通常情況將放大器的同相輸入端與反相輸入端的輸入電流的平均值作為偏置電流Ib。在實際的放大器中，通常輸入級為差分輸入對管結構的就是電壓反饋型放大器電路如圖 1（a）所示，其兩個輸入腳IN1和IN2就存在偏置電流。電流反饋型放大器不是差分輸入對管結構，如圖 1（b）所示，以BJT輸入級電流反饋型放大器為例其同相端為基極輸入，反相端為射極輸出。電流反饋型放大器的輸入級決定了其直流指標相對較差，通常不運用于直流或者低頻放大電路。

圖1 電壓反饋型與電流反饋型輸入級拓撲? 影響偏置電流大小的主要因素是輸入級的類型。通常BJT型放大器輸入級的偏置電流較大，由于需要從輸入端提供Ib電流給輸入級的BJT的基極，通常其偏置電流在nA~uA級別。CMOS與FAT型的放大器其輸入偏置電流一般較小，這種類型的放大器由于絕緣柵漏電流極小，其偏置電流的來源主要是輸入級的鉗位二極管的漏電流，通常為pA~fA級別。對于高阻抗的傳感器或者是信號源需要選擇偏置電流小的放大器，比如1Mohm輸出阻抗的信號源如果用偏置電流為100nA的放大器，那么就會產生1Mohm*100nA = 100mV 的電壓。因此在放大高輸出阻抗信號時候應該優先考慮使用FAT型運放，它的偏置電流更小而且輸入阻抗比BJT型放大器更大。

圖2 JFET輸入型的放大器ADA4622的參數表

圖3 BJT型輸入級放大器ADA4807的電流參數表

? 輸入失調電流是放大器的兩個輸入端的電流的偏差。導致輸入失調電流的主要原因是由于放大器輸入級差分對不完全匹配。同時溫度也會影響放大器的輸入偏置電流，采用溫漂（Input Offset Current Drift）來描述這個參數，表示的是溫度每升高1度輸入級電流的變化量。? 消失的偏置電流補償電阻

圖4 帶偏置電流補償電阻的基本放大電路運放設計電路中，大家會經常見到在放大器輸入端添加一個偏置電流補償電阻Rb，并且使得Rb=R1//R2。我們接下來分析Rb的作用以及是否真的需要它。以同相放大為例，流入反相端的電流在R1//R2上產生的壓降為Vos1=Ibn*（R1//R2） ，那么由于添加了Rb電阻，所以在同相端上由于偏置電流產生的電壓為Vos2=Ibp*Rb。當滿足Rb=R1//R2時，對于放大器的同相端和反相端而言，由于偏置電流在電阻上產生的電壓就相等。因此采用引入Rb的方法消除了Ib的影響。這種方式在應對某些“老款”的放大器是適用的。同時也應該避免定式思維，在添加Rb電阻之前應該考慮是否需要這個電阻，以圖 2中的ADA4622為例，在極限情況下其偏置電流最大為1.5nA，如果使用的電阻有R1//R2=1k那么由于偏置電流產生的電壓為1.5uV，因此在設計電路時候需要考慮這1.5uV的直流偏置是否會對感興趣的信號產生影響。

圖5 內部電流源提供偏置現在的精密雙極性放大器的輸入級通常會在內部做偏置補償電流源。如圖 5所示通過電流源IS2與IS3為BJT提供偏置電流從而減小從輸入腳抽取的電流。此時偏置電流主要為電流源IS2/IS3與BJT所需要的偏置電流之間的差值，因此這個偏置電流可能為流入放大器的輸入腳，也可能從放大器同反相輸入腳流出。通常通過偏置電流補償的運放其偏置電流與失調電流的數量級相當。所以，現在很多運放電路中不會使用偏置電流補償電阻。

由于偏置電流補償的放大器也存在偏置電流，因此在使用這種放大器設計電路時也需要為它設計偏置回路。總結一個通用的規則是在設計放大電路的時候要特別小心，要為放大器提供一個偏置回路。如圖 6 （a） 所示為錯誤接法，同相端為交流耦合，沒有為同相端提供偏置回路。正確的使用方法應該如圖 6（b）所示通過電阻R7為同相端提供偏置回路。

圖6交流耦合同相放大電路? 因此總結上述的內容，我們來回答文章開始前的2道題。

1）電阻Rb是什么作用？

添加Rb的作用是減小由于偏置電流在R1//R2上產生的壓降，從而減小引入到輸入端的誤差。

2）在運放電路中，何時加入Rb呢？

當我們在判斷是否需要使用Rb電阻進行補償時，應該先查閱對應芯片的datasheet中關于偏置電流與失調電流的描述。

a） 如果偏置電流與失調電流數量級相當，那么引入Rb電阻將沒有實質效果甚至還會由于在輸入端傳入了電阻會帶來熱噪聲。

b） 如果偏置電流明顯大于失調電流，那么需要計算在當前電路拓撲中偏置電流產生的直流誤差是否足以影響到我們關心的信號的精度。

附運算放大器的參數定義：

1.共模輸入電阻（RINCM），表示運算放大器工作在線性區時，輸入共模電壓范圍與該范圍內偏置電流的變化量之比。

2.直流共模抑制（CMRDC），用于衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同直流信號的抑制能力。

3.交流共模抑制（CMRAC），衡量運算放大器對作用在兩個輸入端的相同交流信號的抑制能力，是差模開環增益除以共模開環增益的函數。

4.增益帶寬積（GBW），主要是針對電壓反饋型放大器，描述的是增益與帶寬的乘積，基本為一個定值。

5.輸入偏置電流（IB），該參數指運算放大器工作在線性區時流入輸入端的平均電流。

6.輸入偏置電流溫漂（TCIB），代表輸入偏置電流在溫度變化時產生的變化量。TCIB通常以pA/°C為單位表示。

7.輸入失調電流（IOS），指流入兩個輸入端的電流之差。

8.輸入失調電流溫漂（TCIOS），代表輸入失調電流在溫度變化時產生的變化量。TCIOS通常以pA/°C為單位表示。

9.差模輸入電阻（RIN），輸入電壓的變化量與相應的輸入電流變化量之比，電壓的變化導致電流的變化。在一個輸入端測量時，另一輸入端接固定的共模電壓。

10.輸出阻抗（ZO），是指運算放大器工作在線性區時，輸出端的內部等效小信號阻抗。

11.輸出電壓擺幅（VO），輸出信號不發生箝位的條件下能夠達到的最大電壓擺幅的峰峰值，VO一般定義在特定的負載電阻和電源電壓下。

12.功耗（Pd），器件在給定電源電壓下所消耗的靜態功率，Pd通常定義在空載情況下。

13.電源抑制比（PSRR），衡量在電源電壓變化時運算放大器保持其輸出不變的能力，PSRR通常用電源電壓變化時所導致的輸入失調電壓的變化量表示。

14.轉換速率/壓擺率（SR），指輸出電壓的變化量與發生這個變化所需時間之比的最大值。SR通常以V/s，V/ms和V/μs為單位表示，有時也分別表示成正向變化和負向變化。

15.電源電流（ICC、IDD），在指定電源電壓下器件消耗的靜態電流，這些參數通常定義在空載情況下。

16.單位增益帶寬（BW），該參數指開環增益大于1時運算放大器的最大工作頻率。

17.輸入失調電壓（VOS），該參數表示使輸出電壓為零時需要在輸入端作用的電壓差。

18.輸入失調電壓溫漂（TCVOS），指溫度變化引起的輸入失調電壓的變化，通常以μV/℃為單位表示。

19.輸入電容（CIN），表示運算放大器工作在線性區時任何一個輸入端的等效電容（另一輸入端接地）。

20.輸入電壓范圍（VIN），運算放大器正常工作（可獲得預期結果）時，所允許的輸入電壓的范圍，VIN通常定義在指定的電源電壓下。

21.輸入電壓噪聲密度（eN），對于運算放大器，輸入電壓噪聲可以看作是連接到任意一個輸入端的串聯噪聲電壓源，eN通常以 nV / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

22.輸入電流噪聲密度（iN），對于運算放大器，輸入電流噪聲可以看作是兩個噪聲電流源，連接到每個輸入端和公共端，通常以 pA / 根號Hz 為單位表示，定義在指定頻率。

審核編輯：郭婷