本篇介绍一个种不依赖昂贵检测设备的偏置电流测试方法,同时配合LTspice仿真增强理解。工程师可以在普通实验室环境中,根据该方法调整放大器局部电路实现偏置电流的准确测量。
如图2.36为ADA4077的偏置电流测试电路,R1、R2是串联在放大器输入端的1MΩ电阻,用于感应Ib+与Ib-,通过控制开关S1和S2通断的状态,分别测量Vos、Ib+、Ib-单独或者组合情况下,作为激励产生相应的输出直流噪声,进而计算出Ib+、Ib-,并最终得到Ib及Ios,测试操作如下:
图2.36偏置电流测试电路
步骤一,测试放大器的输入失调电压对输出直流误差电压的应影响。将开关S1和S2全部闭合,由于兆欧级电阻R1,R2被开关短路,Ib-流经R3、Ib+流经R5所引起的误差电压相比于失调电压误差通常小于1%。因此,近似认为该状态下测量的放大器输出电压Vo1是由输入失调电压Vos所导致,关系如式2-18。
如图2.37,Vo1瞬态分析结果为-34.347mV,由于Gn为1001,代入式2-18计算Vos为-34.347μV。
图2.37 ADA4077 Vos导致的输出直流误差电压仿真结果
步骤二,打开开关S2,开关S1保持闭合,此时待测放大器的Ib+流入R2,在放大器的同相输入端形成一个附加失调电压VIb+,它与放大器Vos共同在电路噪声增益的作用下,产生输出直流误差电压为Vo2,如式2-19。
Ib+的电流流向为: 地->R5并联R6->R2->ADA4077同相输入端,计算Ib+如式2-20。
如图2.38,Vo2瞬态分析结果为-710.009mV,代入式2-19可计算VIb+为-0.76495mV。再将VIb+代入式2-20,计算Ib+为0.6756nA。
图2.38 ADA4077Vos与Ib+导致的输出直流误差电压仿真结果
步骤三,闭合开关S2,打开开关S1,Ib-在R3与R1连接端形成另一个附加失调电压VIb-,它与放大器的Vos共同在电路噪声增益的作用下,产生输出直流误差电压为Vo3,如式2-21。
Ib-的电流流向为VIb->R1->ADA4077反相相输入端,可得式2-22。
如图2.39, Vo3瞬态分析结果为307.316mV,代入式2-21得到VIb-为0.34166mV。再将VIb-代入式2-22,计算得到Ib-为0.341663nA。
图2.39 ADA4077Vos与Ib-导致的输出直流误差电压仿真结果
将Ib-、Ib+代入式2-11、2-12,计算ADA4077的输入偏置电流、失调电流分别为:
对照图2.2,仿真计算结果在ADA4077输入偏置电流,失调电流的范围中。
图2.2 ADA4077 偏置电流等静态参数
该测试方法是包括失调电压测量与偏置电流测量。所以,偏置电流实际测量的中同样需要注意的供电电源的清洁等问题,参考《放大器Vos 失调电压的测试与处理方法》,避免在测试中因为操作不当引入误差。