什么是偏置電壓
偏置電壓是指晶體管放大電路中使晶體管處于放大狀態時,基極-射極之間,集電極-基極之間應該設置的電壓。因為要使晶體管處于放大狀態,其基極-射極之間的pn結應該正偏,集電極-基極之間的pn應該反偏。
因此,設置晶體管基射結正偏,集基結反偏,使晶體管工作在放大狀態的電路,簡稱為偏置電路。直流偏置電壓是指晶體管放大電路中使晶體管處于放大狀態時,基極-射極之間及集電極-基極之間應該設置的電壓。
單電源供電的運放是不可能輸出負電壓的。可用的方法:
1、對輸入信號進行電位平移,抬高成為正電壓再送運放。例如傳感器1腳不要接地,改接到1/2Vcc上;或者用一個阻值等同于R2的電阻,從Vcc接到同相端(信號會損失一半!)。
2、如果信號永遠是負值,把跟隨器改成反相放大器,把負輸入電壓放大成正的輸出電壓。
運放偏置電壓怎么測量?
總體來說主要有兩種測試方法, 一種是讓輸入偏置電流流入一個大的電阻,從而形成一個失調電壓,然后放大失調電壓并進行測量,這樣就可以反算出輸入偏置;另一種方法是讓輸入偏置電流流入一個電容,用電容對這個電流進行積分,這樣只要測和電容上的電壓變化速率,就可以計算出運放的偏置電流。
先介紹第一種方法,具體電路如下圖所示,C1是超前補償電容以防止電路的振蕩,根據實際電路選擇。OP2是測試輔助運放,需選低偏置電壓和低偏置電流的運放。測試步驟和原理下面一步一步進行推算。
(1)首先測試運放的失調電壓。關閉S1和S2,測試出OP2運放的輸出電壓記下Vout 。則輸入失調電壓為:
(2)打開S2,待測運放的Ib+流入R2,會形成一個附加的失調電壓Vos1,測試出OP2運放的輸出電壓記下Vout1。則運放同向輸入失調電壓為:
(2)關閉S2,打開S1,待測運放的Ib-流入R1,會形成一個附加的失調電壓Vos2,測試出OP2運放的輸出電壓記下Vout2。則運放反向輸入失調電壓為:
(4)運放輸入偏置電流為
Ib=[(Ib+)+(Ib-)]/2
運放輸入失調電流為
Ios=(Ib+)-(Ib-)
這種測試方法有幾個缺點,一個是使用了很大的電阻R1和R2,一般會是M歐級,這兩個電阻引入了很大的電壓噪聲。受到電阻R1和R2的阻值的限制,難以測得FET輸入運放的偏置電流。
第二種方法測試方法,是讓運放的輸入偏置電流流入電容,具體測試如下圖。從圖中的公式很容易理解測試的原理,這個測試的關鍵,是選取漏電流極小的電容。
(1)打開S1,IB+流入電容C,用示波器觀察Vo的變化,結果如下圖,按上圖的方法就可以計算出IB+。
(2)關閉S1打開S2,IB-流入電容C,用示波器觀察Vo的變化,結果如下圖,可以計算出IB-。
(3)再根據定義就可以計算出運放的輸入偏置電流和失調電流。
這種測試方法可以測得fA級的失調電流。測試時需要選用低漏電流的電容,推薦使用極低漏電流的特氟龍電容,聚丙烯(PP)電容或聚苯乙烯電容。
再分享一個經驗,就是貼片電容在焊接過程中,由于引腳可能殘留焊錫膏等雜質,會使FET運放的漏電流大大的增加。曾經測試一個偏置電流為小于10pA級的運放,由于沒有對引腳 進行清洗,結果測得結果出現了很大的誤差,或者叫差錯,達了nA的水平了。
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