运算放大器（四）：输入偏置电流

一、定义

        运放输入级一般由 $BJT$ 或 MOSFET 构成，理想情况下，运放的输入端没有电流流入。实际上为保证放大器工作在线性范围，运放的输入端一般设计成基极（栅极）开路，由外电路提供电流的方式，所以需要为放大器提供直流工作点（偏置电路）。
        输入偏置电流 $I_{IB}$ （Input Bias Current）是指运放第一级输入晶体管的基极直流电流；
        对于 $BJT$ ，输入偏置电流在 $nA$ ~ $uA$ 级别；对于 MOSFET ，输入偏置电流在 $fA$ ~ $pA$ 级别，运放的内部构成如下图所示：

由于没有任何 2 个完全相同的器件，所以输入级电路参数不可能绝对对称，因此 2个输入偏置电流 $I_{B+}$ 、 $I_{B-}$ 也不相同，两个差分输入端偏置电流的误差，称为输入失调电流 $I_{IO}$ （Input Offset Current）。

$I_{IB}$ 是输入级差放管的基极（栅极）偏置电流的平均值， $I_{IO}$ 是输入级差放管输入电流的不对称程度，其中： $I_{IB}=\frac{I_{B+}+I_{B-}}{2}$ ， $I_{IO}=IB_{+}-IB_{-}$
$I_{IB}$ 越小，信号源内阻对运放静态工作点的影响也越小，而通常 $I_{IB}$ 越小， $I_{IO}$ 也越小

二、误差

如下图中的运放OPA28为例，假设 2 个输入端的输入偏置电流 $I_{B+}$ 、 $I_{B-}$ 相同，室温下典型值为 5uA

由 OPA28 构成的同相放大电路，其中 $V_{O}=(1+\frac{R_{2}}{R_{1}})*V_{I}$ ，如下图所示：

对于同相输入端， $I_{B+}$ 导致的偏置电压 $\approx 0$ ，而对于反相输入端， $I_{B-}$ 导致的偏置电压 $=250mV$ ， $\left [ (R_{1}//R_{2})*5=50k*5uA \right ]$ ，因此需要在正向输入端增加一个阻值为 $(R_{1}//R_{2})$ 的电阻，以补偿反相输入端导致的误差，即补偿减小的失调电压，如下图所示：