偏置电流是怎样影响运放电路的？
偏置电流是怎样影响运放电路的？
在理想情况下，运算放大器（运放）的输入端是完全隔离的，没有电流流入或流出，这种特性被称为"虚断"。然而，在现实应用中，运放的输入端总会存在微小的电流，这就是所谓的偏置电流。偏置电流虽然微小，但对电路的性能却可能产生显著影响。本文将以同相放大电路为例，深入探讨偏置电流对运放电路的具体影响。
在芯片手册中，偏置电流参数是常见的指标。观察运放电路，可将蓝色部分视作理想运放，红色部分为现实中的运放，其中 Ib1 和 Ib2 分别代表反相和同相端的偏置电流。在该同相放大电路中，同相端因未串联电阻，所以同相端偏置电流 Ib2 不会对电路造成误差。基于理想运放输入端虚断状态，依据基尔霍夫电流定律可得 I1 = I2 + Ib1（式 1）。又因虚短特性，A 点电压 VA 等于 VIN，且 I1 = (VOUT - VIN)/R2，I2 = VIN/R1，将其代入式 1 后，得出 VOUT = Ib1R2+(1 + R2/R1) VIN（式 2）。通常此同相放大电路放大倍数为 (1 + R2/R1) VIN，对比式 2 可知，考虑偏置电流时，输出电压 VOUT 会产生一个 Ib1R2 的误差，这可理解为偏置电流 Ib1 流过反馈电阻 R2 产生的压降。
换个角度分析，当忽略运放偏置电流即不考虑 Ib1 时，I1 = I2，A 点电压 VA = VIN；当考虑偏置电流时，I1 = I2 + Ib1，而 A 点电压依然 VA = VIN 不变，这表明流经 R1 的电流 I2 恒定。由此可推断，多出来的 Ib1 完全是通过增加流过 R2 的电流 I1 来实现的，即由于 Ib1 的存在，使流经电阻 R2 的电流 I1 增大了 Ib1 倍，进而导致输出电压 VOUT 产生了 Ib1R2 的误差。在本实例中，VOUT 会产生 Ib1R2 大小的输出误差，如 200nA 的偏置电流与 99K 的电阻相乘，误差将近 20mV。看似微小的 20mV，在 12 位 ADC 采集应用中却不容小觑，它会使 ADC 产生显著的量化误差，影响数据采集的准确性。
在本示例中，运放同相端未串联电阻是为简化计算以突出偏置电流影响。若同相端也串入合适大小电阻，同样会使运放输出 VOUT 向相反方向产生误差。当元器件参数合理时，正反两个方向的误差能够相互叠加抵消，从而将运放偏置电流的影响降至最低。在实际运放电路设计中，深入理解偏置电流的影响并巧妙运用相关手段来削弱其不利作用，对于提升运放电路的性能与精度具有极为关键的意义。