运放的偏置电流测量
01 偏置电流
一、背景介绍
为了搭建高阻抗的测量电路， 对于手边的几款运放测量它们的偏置电流。 这几款运放焊接在转接板上，适合在面包板上进行测量。
二、串联电阻法
1、搭建测试电路
根据 运算放大器的偏置电流 中的电路，搭建测试电路。 在电路中两个运放， 分别使用待测运放的两个部分， 这样就不必在借用其它的运放了。 电阻Rs的大小。 以及另外的电容和R2， 则根据实际情况进行调整。
下面在面包板上搭建测试电路。+ 测试电路中的蓝色电阻为1G欧姆的精密电阻。 这就是搭建好的测试电路了。 经过简单调试， 确定测试电路中的一些参数。 这些参数包括Rs，R2以及滤波电容。 Rs取20M， 滤波电容取0.01uF， 反馈电阻R2取10k， 这样输出电压V0等于实际偏压的100倍。
对于搭建好的电路， 通电进行测试。 使用示波器观察Vo电压波形， 令人惊奇的是，居然Vo在振荡， 频率为11kHz左右。 将 C的取值增大到0.1uF。 电路停止振荡了。 此时，如果打开S1，S2，可以看到输出出现了 50Hz的干扰波形。 这说电路的输入端口， 受到了周围50Hz的干扰。 因此，如果正确测量该电路， 需要将这个电路安装在屏蔽盒中进行测量。
下面将电路搬移到屏蔽盒内， 其中使用一个运放将单电源分割成正负5V 电源。 将屏蔽盒盖盖上之后，输出的干扰便消失了。 在屏蔽盒中对于四种运放的偏置电流进行测量。
2、测量结果
下面分析在屏蔽盒中的测量结果。 分别对四种运放测量他们在S1,S2 不同组合下的输出电压。 这三个运放在S1闭环，S2打开的情况下出现了震撼。 他们震荡的形式还不一样。并且通过改变第二级运放反馈电容也无法消除。 由于振荡存在，所以测量的IB+ 不太准确。 这是根据电路参数计算得到的偏置电流的大小。 测量出的结果比数据手册中的偏大。 通过测量结果还是能够分辨出不同运放之间的差异。 至于为什么测量结果偏大， 除了测量误差之外， 还可能与所使用的面包板的漏电流有关系。
将Rs两个电阻更换成1G的电阻，重新进行测量。 这是测量的结果。 根据公式计算出HT6482的偏置电流为4.32pA， LMC6482的偏置电流为2.036pA。 这个结果与数据手册相差依然比较大。 因此噪声这个误差的原因， 还是和面包板的漏电流有关系。
下面是记录了四种运放测量结果。
（1）外部供电+10V
| 运放型号 | S1闭合，S2闭合 | S1打开，S2闭合 | S1闭合，S2打开 | S1打开，S2打开 |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 5.280 | 5.195 | 5.113 | 5.159 |
| LMV358 | 4.383 | 1.647 | 9.837 | 9.881 |
| LMC6482 | 4.977 | 4.968 | 4.782（振荡） | 5.172 |
| HT6482 | 5.179 | 5.119 | 4.795（振荡） | 5.444 |
（2）内部9V供电，测量差分
使用的旧的+9V电池进行测量。
| 运放型号 | S1闭合，S2闭合 | S1打开，S2闭合 | S1闭合，S2打开 | S1打开，S2打开 |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 329 | 288 | 197 | 278 |
| LMV358 | -545 | -2272 | 4196 | 3290 |
| LMC6482 | 47.8 | 46.3 | -199.2 | 144.8 |
| HT6482 | 242.7 | 228.4 | -100.1 | 348.1 |
（3）外部+10V供电，差分测量
| 运放型号 | S1闭合，S2闭合 | S1打开，S2闭合 | S1闭合，S2打开 | S1打开，S2打开 |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 335.0 | 314.2 | 201.8（振荡） | 291 |
| LMV358 | -557.8 | -2637 | 4911 | 4111 |
| LMC6482 | 54.3 | 51.9 | -207（振荡） | 192 |
| HT6482 | 241.1 | 221.1 | -148.3（振荡） | 402.9 |
（4）振荡波形
下面 是LMC6482,HT6482 在S1闭合，S2打开时的振荡波形。
▲ 图1.2.1 LMC6482 在S1闭合，S2打开时的振荡波形
▲ 图1.2.2 HT6482 在S1闭合，S2打开时的振荡波形
（5）计算结果
下面是直接根据前面测量表格计算偏置电流数值的Python 程序。
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY -- by Dr. ZhuoQing 2022-09-10
#
# Note:
#============================================================
from headm import *
s1 = 2
s2 = 7
s3 = 4
#------------------------------------------------------------
def str2dim(s):
sdim = s.split('\r\n')
d = []
for s in sdim[2:]:
ss = s.split('|')
dd = []
for sss in ss[1:]:
r = sss.split('（')[0]
rf = float(r)
dd.append(rf)
if len(dd) > 0:
d.append(dd)
return d
#------------------------------------------------------------
ss1 = tspgetdopstring(s1)
ss2 = tspgetdopstring(s2)
ss3 = tspgetdopstring(s3)
sd1 = str2dim(ss1)
sd2 = str2dim(ss2)
sd3 = str2dim(ss3)
#------------------------------------------------------------
sd = [sd1,sd2,sd3]
typestr = ['COS2272', 'LMV358', 'LMC6482', 'HT6482']
printff('型号', 'Vos(mV)', 'Ib+(pA)', 'Ib-(pA)', 'Ios(uA)')
for id,d in enumerate(sd[2]):
r = 1+10e3/100
R = 20e6
dd = [ddd/1e3 for ddd in d]
vos = dd[0]/r*1e3
ib1 = (dd[1]-dd[0])/r/R * 1e12
ib2 = (dd[2]-dd[0])/r/R * 1e12
ios = (dd[3]-dd[0])/r/R * 1e12
printf('%s %5.2f %5.2f %5.2f %5.2f'%(typestr[id], vos, ib1, ib2, ios))
tspmsgcopy()
#------------------------------------------------------------
printf('\a')
#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================
根据电路参数，计算 Ib+，Ib-， Ios。
V O = [ 1 + R 2 100 ] V O S + [ 1 + R 2 100 ] I B + R s − [ 1 + R 2 100 ] I B − R s V_O = \left[ {1 + { {R_2 } \over {100}}} \right]V_{OS} + \left[ {1 + { {R_2 } \over {100}}} \right]I_{B + } R_s - \left[ {1 + { {R_2 } \over {100}}} \right]I_{B - } R_s VO=[1+100R2]VOS+[1+100R2]IB+Rs−[1+100R2]IB−Rs
Ⅱ.第一次测量
| 型号 | Vos(mV) | Ib+(pA) | Ib-(pA) | Ios(pA) |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 52.28 | -42.08 | -82.67 | -59.90 |
| LMV358 | 43.40 | -1354.46 | 2700.00 | 2721.78 |
| LMC6482 | 49.28 | -4.46 | -96.53 | 96.53 |
| HT6482 | 51.28 | -29.70 | -190.10 | 131.19 |
Ⅲ.第二次测量
| 型号 | Vos(mV) | Ib+(pA) | Ib-(pA) | Ios(pA) |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 3.26 | -20.30 | -65.35 | -25.25 |
| LMV358 | -5.40 | -854.95 | 2347.03 | 1898.51 |
| LMC6482 | 0.47 | -0.74 | -122.28 | 48.02 |
| HT6482 | 2.40 | -7.08 | -169.70 | 52.18 |
Ⅳ.第三次测量
| 型号 | Vos(mV) | Ib+(pA) | Ib-(pA) | Ios(pA) |
|---|---|---|---|---|
| COS2272 | 3.32 | -10.30 | -65.94 | -21.78 |
| LMV358 | -5.52 | -1029.31 | 2707.33 | 2311.29 |
| LMC6482 | 0.54 | -1.19 | -129.36 | 68.17 |
| HT6482 | 2.39 | -9.90 | -192.77 | 80.10 |
3、结果分析
根据上面结果测量结果，可以看到：
- 通过直接测量中间电位差值，可以获得比直接测量更小数值；
- 直角测量数值比起数据手册中给出的数值要大，比如 LMC6482（<20fA），HT6482（<1pf）；
- 对比 TH6482，LMC6482可以看到它们的输入阻抗相差大约10倍左右。
※ 总 结 ※
本文测量了几款运放的漏电流，测量结果显示与数据手册偏大。这有可能是由于在面包板上测量所引起的误差。
● 补充说明：
在后期的工作：
对于面包板的绝缘电阻以及电路转接板引脚之间的绝缘电阻进行了测量，初步确认;ui由于电路转接板引脚之间的绝缘电阻引起的寄生漏电流引起的误差。
■ 相关文献链接:
● 相关图表链接: