Начальный входной ток и напряжение смещения

January 17, 2012 by admin Комментировать »

Ко входным выводам ОУ подключены базы или затворы внутренних транзисторов, на которые необходимо подать некоторое постоянное опорное напряжение; кроме того, должна быть предоставлена возможность течь небольшому току, если нужно, чтобы усилитель функционировал (на кристалле нет разделительных конденсаторов). У ИС 741 входной ток составляет около 100 нА. Поэтому первое правило для конструктора состоит в том, что у всякого ОУ от каждого из входов должен быть тот или иной путь на землю по постоянному току, хотя бы через высокоомный резистор.

В идеальном случае желательно, чтобы сопротивления между инвертирующим входом и землей и между неинвертирующим входом и землей были одинаковы; иначе возникнет напряжение смещения на входе, как это показано на рис. 11.2. Можно предположить, что начальные входные токи одинаковы, то есть

/, = ir

Тогда при Rx = R1 напряжения Vx = V2 будут равны, и действующее между входами усилителя разностное напряжение смещения Vx — V2 будет иметь нулевое значение. В большинстве случаев инвертирующий вход будет соединен с выходом резистором обратной связи Rf, как это сделано в схеме на рис. 11.3; поэтому частью начального тока будет ток, текущий по резистору Rf со стороны выхода. Если наша схема рассчитана правильно, так что напряжение смещения равно нулю, то выходное напряжение также равно нулю в режиме покоя. Цепь, по которой течет начальный входной ток 1Х, образована фактически параллельным соединением резисторов Rx и Rf. Поэтому для минимизации смещения в схеме на рис. 11.3 нам следует выбрать R^ по правилу:

Рис. 11.3. Возникновение напряжения смещения в часто встречающейся схеме с обратной связью.

то есть

Может показаться, что можно вовсе избежать появления напряжения смещения, выбрав резисторы так, чтобы сопротивления между каждым из входов и землей были равны. К сожалению, на практике дело обстоит не так просто; может существовать небольшой разбаланс между частями схемы внутри ОУ, и поэтому начальные токи не равны.

Разность двух начальных входных токов называют входным током смещения; его величина у ИС 741 достигает 20 нА. Поэтому не стоит беспокоиться о согласовании сопротивлений на входах с большей точностью чем 20 %.

Однако необходимо принять во внимание еще один фактор, состоящий в том, что — безотносительно к напряжениям, поступающим на входы извне, — у самой ИС имеется собственное небольшое напряжение смещения на входе; у ИС 741, например, оно порядка 1 мВ. Начальные токи и ток смещения имеют величину порядка десятков наноампер (10~9 А) и не играют сколько-нибудь существенной роли до тех пор, пока сопротивления на каждом из входов составляют несколько сотен или тысяч ом, как это чаще всего и бывает. Но, протекая по сопротивлению 100 кОм, ток в 100 нА создает на нем разность потенциалов 10 мВ, которая уже может оказаться сравнимой с усиливаемым сигналом.

Более серьезным, чем наличие определенного результирующего смещения, является тот факт, что начальные токи и ток смещения меняются с температурой. Дрейф тока смещения у ИС 741 составляет, как правило, 1 нА/ °С, и это может вызывать дрейф выходного напряжения.

Из этого следует, что целесообразно установить верхний предел для сопротивлений резисторов, включаемых между каждым из входов и землей; для ИС 741 таким пределом может быть 500 кОм. В практике промышленного проектирования считается правильным ограничиваться максимальным значением 50 кОм для лучшей стабильности по постоянному току. Когда требуется, чтобы резисторы на входах имели большее сопротивление, применяют ОУ со значительно меньшими начальными токами, которые имеются в наличии, но стоят дороже, чем ИС 741. В ИС LM308 входные транзисторы имеют очень большой коэффициент усиления («супербета» транзисторы) и достигается значение начального входного тока 7 нА, а входной ток смещения оказывается равным всего лишь 1,5 нА.

Для того чтобы входные токи были значительно меньше, нужны схемы с полевыми транзисторами на входах. К такого рода схемам относится ИС TL071 фирмы Texas, у которой начальный входной ток равен 30 пА, а входной ток смещения — 5 пА; при таких токах допустимы большие сопротивления на входах, например 100 МОм. При использовании полевых транзисторов приходится жертвовать входным напряжением смещения: типичное значение этой величины у ИС TL071 равно 3 мВ, тогда как у ИС 741 всего лишь 1 мВ. Это обусловлено главным образом тем, что трудно изготовить два идеально подогнанных один к другому полевых транзистора; это обстоятельство приводит также к тому, что входное напряжение смещения в схеме на полевых транзисторах более чувствительно к изменению температуры, чем в схеме на биполярных транзисторах.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты