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解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真

發(fā)布時(shí)間:2020-09-28 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本篇介紹一個(gè)種不依賴(lài)昂貴檢測(cè)設(shè)備的偏置電流測(cè)試方法,同時(shí)配合 LTspice 仿真增強(qiáng)理解。工程師可以在普通實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,根據(jù)該方法調(diào)整放大器局部電路實(shí)現(xiàn)偏置電流的準(zhǔn)確測(cè)量。
 
本篇介紹一個(gè)種不依賴(lài)昂貴檢測(cè)設(shè)備的偏置電流測(cè)試方法,同時(shí)配合 LTspice 仿真增強(qiáng)理解。工程師可以在普通實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,根據(jù)該方法調(diào)整放大器局部電路實(shí)現(xiàn)偏置電流的準(zhǔn)確測(cè)量。
   
如圖 2.36 為 ADA4077 的偏置電流測(cè)試電路,R1、R2 是串聯(lián)在放大器輸入端的 1MΩ電阻,用于感應(yīng) Ib+與 Ib-,通過(guò)控制開(kāi)關(guān) S1 和 S2 通斷的狀態(tài),分別測(cè)量 Vos、Ib+、Ib- 單獨(dú)或者組合情況下,作為激勵(lì)產(chǎn)生相應(yīng)的輸出直流噪聲,進(jìn)而計(jì)算出 Ib+、Ib-,并最終得到 Ib 及 Ios,測(cè)試操作如下:
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
圖 2.36 偏置電流測(cè)試電路
 
步驟一,測(cè)試放大器的輸入失調(diào)電壓對(duì)輸出直流誤差電壓的應(yīng)影響。將開(kāi)關(guān) S1 和 S2 全部閉合,由于兆歐級(jí)電阻 R1,R2 被開(kāi)關(guān)短路,Ib- 流經(jīng) R3、Ib+流經(jīng) R5 所引起的誤差電壓相比于失調(diào)電壓誤差通常小于 1%。因此,近似認(rèn)為該狀態(tài)下測(cè)量的放大器輸出電壓 Vo1 是由輸入失調(diào)電壓 Vos 所導(dǎo)致,關(guān)系如式 2-18。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
如圖 2.37,Vo1 瞬態(tài)分析結(jié)果為 -34.347mV,由于 Gn 為 1001,代入式 2-18 計(jì)算 Vos 為 -34.347μV。
 
 解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
圖 2.37 ADA4077 Vos 導(dǎo)致的輸出直流誤差電壓仿真結(jié)果
   
步驟二,打開(kāi)開(kāi)關(guān) S2,開(kāi)關(guān) S1 保持閉合,此時(shí)待測(cè)放大器的 Ib+流入 R2,在放大器的同相輸入端形成一個(gè)附加失調(diào)電壓 VIb+,它與放大器 Vos 共同在電路噪聲增益的作用下,產(chǎn)生輸出直流誤差電壓為 Vo2,如式 2-19。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
Ib+的電流流向?yàn)? 地 ->R5 并聯(lián) R6->R2->ADA4077 同相輸入端,計(jì)算 Ib+如式 2-20。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
如圖 2.38,Vo2 瞬態(tài)分析結(jié)果為 -710.009mV,代入式 2-19 可計(jì)算 VIb+為 -0.76495mV。再將 VIb+代入式 2-20,計(jì)算 Ib+為 0.6756nA。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
圖 2.38 ADA4077Vos 與 Ib+導(dǎo)致的輸出直流誤差電壓仿真結(jié)果
 
步驟三,閉合開(kāi)關(guān) S2,打開(kāi)開(kāi)關(guān) S1,Ib- 在 R3 與 R1 連接端形成另一個(gè)附加失調(diào)電壓 VIb-,它與放大器的 Vos 共同在電路噪聲增益的作用下,產(chǎn)生輸出直流誤差電壓為 Vo3,如式 2-21。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
Ib- 的電流流向?yàn)?VIb->R1->ADA4077 反相相輸入端,可得式 2-22。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
如圖 2.39, Vo3 瞬態(tài)分析結(jié)果為 307.316mV,代入式 2-21 得到 VIb- 為 0.34166mV。再將 VIb- 代入式 2-22,計(jì)算得到 Ib- 為 0.341663nA。
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
圖 2.39 ADA4077Vos 與 Ib- 導(dǎo)致的輸出直流誤差電壓仿真結(jié)果
 
將 Ib-、Ib+代入式 2-11、2-12,計(jì)算 ADA4077 的輸入偏置電流、失調(diào)電流分別為:
 
解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
 
對(duì)照?qǐng)D 2.2,仿真計(jì)算結(jié)果在 ADA4077 輸入偏置電流,失調(diào)電流的范圍中。
 
 解析一種便于實(shí)現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測(cè)量方法與仿真
圖 2.2 ADA4077 偏置電流等靜態(tài)參數(shù)
 
該測(cè)試方法是包括失調(diào)電壓測(cè)量與偏置電流測(cè)量。所以,偏置電流實(shí)際測(cè)量的中同樣需要注意的供電電源的清潔等問(wèn)題(參考《放大器 Vos 失調(diào)電壓的測(cè)試與處理方法》),避免在測(cè)試中因?yàn)椴僮鞑划?dāng)引入誤差。
 
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