CMOS放大器和JFET放大器的输入偏置电流

作者: ti 专家 Bruce Trump 翻译: TI信号链工程师 David Zhao (赵大伟)
由于具有较低的偏置电流，人们经常选用CMOS和JFET运算放大器。然而你应该意识到，这个事实还与很多其它的原因相关。
CMOS晶体管的栅极 (CMOS运算放大器的输入端)有极低的输入电流。必须设计附加的电路来对脆弱的栅极进行ESD和EOS保护。这些附加的电路是输入偏置电流的主要来源。这些保护电路一般都通过在电源轨之间接入钳位二极管来实现。图1a中的OPA320就是一个例子。这些二极管会存在大约几皮安的漏电流。当输入电压大约达到电源轨中间值的时候，漏电流匹配的相当好，仅仅会存在小于1皮安的残余误差电流而成为放大器输入偏置电流。



当输入电压接近电源电压时，两个二极管泄漏电流间的关系会发生变化。输入电压靠近轨底的时候，举例来讲，当D2的反相电压接近零时，其泄漏电流值会减小。D1的泄漏会使得输入终端输出更高的偏置电流。显而易见，当输入电压为正电源轨的时候，相反的情况会发生。输入偏置电流值指的是在泄漏近乎匹配并且泄漏值极低的轨中间点测试所得到的值。

输入电流和输入电压间的变化曲线如图1b所示。对于任何给定的单元，都存在一个使输入电流为零的输入电压(假设没有显著的封装或者电路版图的泄漏)。事实上，使用轨到轨运算放大器时，通常可以在输入端使用自偏置(图2)，同时输出将漂移到对应零输入偏置电流点的电压。这是一个有趣的实验，然而却不是很实用。

JFET输入的放大器有所不同，比如说OPA140。对OPA140来讲，输入晶体管的栅极是一个二极管结，同时二极管结的泄漏电流常常是输入偏置电流的主要来源。输入二极管结通常会更大，因此会比保护二极管更容易泄漏。因此输入偏置电流往往是不定向的。它会跟随放大器变化。

由此可以得出结论。一定注意，如果极低偏置电流对电路非常重要，仔细查看性能图表来收集所有可以得到的信息。如果在接近正电源轨或者负电源轨的情况下操作，你将会得到较高的输入偏置电流。这将会引出另外一个重要的点-输入偏置电流会随着温度的增加而显著增加。在后边的博客中会给出更多关于温度效应的讨论。
本文适用于大多数通用的CMOS和JFET的放大器，然而还存在一些为极低输入偏置电流而设计的专用放大器。他们使用创新的保护电路独特的插脚引线来使IB在3fA的范围之内，比通用放大器低三个数量级。比如说：
LMP7721-3fA输入偏置电流的CMOS运算放大器
INA116-极低输入电流的仪表放大器