作者：Kevin Scott and Jon Munson

需要低偏置電流放大器

進(jìn)行傳感器測量時，使用的傳感器激勵類型差異很大;它可以是直流信號、交流信號、電壓源、電流源或脈沖源等等。當(dāng)使用電流源激勵或使用高阻抗傳感器時，放大器的偏置電流通常是一個重要的規(guī)格，因為當(dāng)偏置電流流過外部電阻時，它會產(chǎn)生不希望的電壓誤差項。因此，許多此類應(yīng)用通常需要低偏置電流放大器。

如圖 1 所示，其中 LTC6268 500MHz 功放偏置電流 FET 輸入放大器用于將光電流轉(zhuǎn)換為電壓測量值。理想情況下，光電二極管電流（I帕金森） 將等于反饋電流 （IFB） 和我偏見將為 = 0。在實際應(yīng)用中，零偏置電流放大器是不現(xiàn)實的。然而，LTC6268 的 ±3fA 典型偏置電流和 ±4pA 的溫度偏置電流為寬帶寬、低偏置電流放大器設(shè)定了標(biāo)準(zhǔn)。

圖1.我偏見光電二極管信號調(diào)理應(yīng)用中的錯誤。

輸出飽和度

需要低偏置電流放大器的傳感器包括光電二極管、加速度計、化學(xué)傳感器、壓電或壓阻式壓力傳感器和水聽器。如果放大器的輸入過驅(qū)動，使用帶有高阻抗傳感器的低偏置電流放大器可能會導(dǎo)致問題，從而導(dǎo)致偏置電流增加。發(fā)生這種情況時，放大器可能會“卡住”，輸入信號不再能夠拉低輸出信號以糾正這種情況。下面的LTC6091緩沖電路就是一個容易發(fā)生這種情況的示例。LTC?6091 是一款雙通道、140V 精準(zhǔn)放大器，僅具有 50pA 偏置電流 （25°C 時最大值）、一個軌至軌輸出擺幅和僅 50μV 的輸入失調(diào)電壓。其共模范圍限制為與電源軌 3V

圖2.LTC6091：飽和輸出可能導(dǎo)致輸入共模違規(guī)。

為了理解發(fā)生了什么，讓我們首先看一下放大器的輸入級。

圖3.LTC6091 50pA IBIAS放大器輸入級。

放大器輸入結(jié)構(gòu)

輸入級由+INA和-INA組成，它們是放大器第一級N-MOSFET差分對的柵極。當(dāng)輸出因輸入過驅(qū)而飽和時，需要有通過輸入保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的偏置電流，以將輸入充分下拉，以便器件能夠擺脫飽和。然而，高源阻抗一開始就無法提供太多的偏置電流，一旦輸入被過驅(qū)動并且輸出飽和，-INA輸入就可以被上拉，使其現(xiàn)在超過共模電壓范圍。在這種情況下，差分對可以關(guān)斷，導(dǎo)致不確定的輸出狀態(tài)。如果不確定狀態(tài)導(dǎo)致輸出保持飽和，則需要額外的偏置電流來恢復(fù)正常工作。

解決方案

圖4顯示了使用三放大器配置的儀表放大器電路中該問題的簡單解決方案。LTC?6090 是雙通道 LTC6091 的單通道放大器版本，而 LT5400-2 則是一款四通道匹配電阻器網(wǎng)絡(luò)，具有 ±75V 操作、四個 100kΩ 電阻器和優(yōu)于 0.01% 的電阻匹配。

圖4.10kΩ電阻可防止放大器輸出飽和。

在輸出端增加了兩個10kΩ電阻，以限制最差情況下的輸出擺幅，并防止反饋電壓超過放大器的輸入共模范圍。實證測試表明，在20MΩ源電阻以上，如果+INA輸入被“卡住”，可能沒有足夠的偏置電流來“釋放”+INA輸入。由于源電阻較低，因此在發(fā)生過驅(qū)事件后，可以針對必須克服的保護(hù)器件漏電流（即高阻態(tài)輸入源保持控制）下拉+INA輸入。

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審核編輯：郭婷