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解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真

發(fā)布時間:2020-09-28 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】本篇介紹一個種不依賴昂貴檢測設(shè)備的偏置電流測試方法,同時配合 LTspice 仿真增強理解。工程師可以在普通實驗室環(huán)境中,根據(jù)該方法調(diào)整放大器局部電路實現(xiàn)偏置電流的準(zhǔn)確測量。
 
本篇介紹一個種不依賴昂貴檢測設(shè)備的偏置電流測試方法,同時配合 LTspice 仿真增強理解。工程師可以在普通實驗室環(huán)境中,根據(jù)該方法調(diào)整放大器局部電路實現(xiàn)偏置電流的準(zhǔn)確測量。
   
如圖 2.36 為 ADA4077 的偏置電流測試電路,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-,通過控制開關(guān) S1 和 S2 通斷的狀態(tài),分別測量 Vos、Ib+、Ib- 單獨或者組合情況下,作為激勵產(chǎn)生相應(yīng)的輸出直流噪聲,進而計算出 Ib+、Ib-,并最終得到 Ib 及 Ios,測試操作如下:
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
圖 2.36 偏置電流測試電路
 
步驟一,測試放大器的輸入失調(diào)電壓對輸出直流誤差電壓的應(yīng)影響。將開關(guān) S1 和 S2 全部閉合,由于兆歐級電阻 R1,R2 被開關(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,近似認為該狀態(tài)下測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。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
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 計算 Vos 為 -34.347μV。
 
 解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
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,打開開關(guān) S2,開關(guān) S1 保持閉合,此時待測放大器的 Ib+流入 R2,在放大器的同相輸入端形成一個附加失調(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。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
Ib+的電流流向為: 地 ->R5 并聯(lián) R6->R2->ADA4077 同相輸入端,計算 Ib+如式 2-20。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
如圖 2.38,Vo2 瞬態(tài)分析結(jié)果為 -710.009mV,代入式 2-19 可計算 VIb+為 -0.76495mV。再將 VIb+代入式 2-20,計算 Ib+為 0.6756nA。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
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,閉合開關(guān) S2,打開開關(guān) S1,Ib- 在 R3 與 R1 連接端形成另一個附加失調(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。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
Ib- 的電流流向為 VIb->R1->ADA4077 反相相輸入端,可得式 2-22。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
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,計算得到 Ib- 為 0.341663nA。
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
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,計算 ADA4077 的輸入偏置電流、失調(diào)電流分別為:
 
解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
 
對照圖 2.2,仿真計算結(jié)果在 ADA4077 輸入偏置電流,失調(diào)電流的范圍中。
 
 解析一種便于實現(xiàn)的放大器偏置電流Ib測量方法與仿真
圖 2.2 ADA4077 偏置電流等靜態(tài)參數(shù)
 
該測試方法是包括失調(diào)電壓測量與偏置電流測量。所以,偏置電流實際測量的中同樣需要注意的供電電源的清潔等問題(參考《放大器 Vos 失調(diào)電壓的測試與處理方法》),避免在測試中因為操作不當(dāng)引入誤差。
 
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