Меню

Температурный дрейф входного тока

Выбор источника опорного напряжения

Анатолий Шитиков
технический эксперт Rainbow Technologies

На первый взгляд, источники опорного напряжения (ИОН) весьма несложные устройства. Но их правильный подбор для конкретного применения без методически обоснованного подхода может оказаться длительной и рутинной работой. В этой статье приведен краткий обзор доступных типов ИОН, выпускаемых фирмой MAXIM, и обсуждается возможность использования технических условий на приборы при их выборе.

Если основная масса электронных схем пытается идеально передать форму, величину и другие важные параметры сигнала со входа на выход, главная задача источника опорного напряжения — поддерживать постоянным значением Vвых несмотря на все изменения по времени, температуры, входного напряжения, тока нагрузки. По тому, как приборы данного типа идеально точно выполняют свою основную задачу, и происходит разделение параметров и выбор соответствующего прибора.

Стабильность напряжения приборов

Первым современным твердотельным источником опорного напряжения является диод Зенера. Используемый, главным образом, в схемах фиксации и в источниках питания, диод Зенера работает с последовательным резистором от источника нерегулируемого напряжения. Для такого простого и дешевого прибора выходное напряжение его достаточно точное, а температурный коэффициент напряжения (ТКН) имеет минимальное значение при 6,3 В. Соединив последовательно p-I-n переход с Зенеровским диодом, получим комбинацию, у которой прямое напряжение (при определенном рабочем токе) может иметь чрезвычайно низкий ТКН.

Известная, как опорный диод или стабилитрон, эта комбинация имеет множество усовершенствований. Однако, для получения ТКН ниже 25 ppm/°C стоимость становится существенным фактором для изготовления таких приборов.

Сочетание диода Зенера и операционного усилителя в одной микросхеме дает существенные качественные изменения. Теперь для любого стабилитрона температурный коэффициент подстраивается по стандарту операционного усилителя. Каждый стабилитрон с усилителем проходит двойную температурную подстройку, в результате которых ТКН становится лучше, чем 1 ppm/°C. Микросхемы MAX 670/MAX 671 выполнены и протестированы именно таким образом.

Следующим этапом развития источников опорного напряжения стало использование напряжения запрещенной (энергетической) зоны полупроводника. Это стало возможным по мере совершенствования технологии изготовления кремниевых ИС.

Кремниевые диоды, проводящие в прямом направлении, имеют четкий температурный коэффициент — 2,1 mV/°C. Если изготовить, например, 11 идентичных диодов на кремниевой подложке, и все, кроме одного, центрального, соединить параллельно, то можно сделать следующее. Пропустим одинаковые токи через один центральный диод и группу диодов. Тогда окажется, что плотность тока через центральный диод примерно в 10 раз выше, чем через один диод, входящий в диск. Напряжение на центральном диоде имеет отрицательный ТКН, а напряжение для диода из группы имеет положительный ТКН. Интегральное исполнение позволяет суммировать эти два напряжения (переход Uб-э + напряжение с положительным ТКН). При этом температурный коэффициент будет нулевым, когда суммарное напряжение равно напряжению запрещенной зоны кремния (для температуры абсолютного нуля), что составляет примерно 1, 205В.

Рис. 1. Зависимость обратного напряжения от тока

Самая простая и дешевая схема с использованием напряжения запрещенной зоны кремния является выпускаемый MAXIMом двухполюсный прибор ICL8069 (см. рис.1). Напряжение стабилизации этого прибора 1, 23В и имеет острое колено при низком уровне рабочего тока (от 50 А до 5 mA) — менее 15 mB. Низкое рабочее напряжение и ток этих приборов делают их наиболее приемлемыми в цепях обратной связи операционных усилителей, где применение диода Зенера становится невозможным.

Технические требования

Чтобы выбрать лучший источник для заданного применения необходимо знать не только различные типы ИОН, но также и специальные определения изготовителей, которые характеризуют указанные приборы.

Это — неоднозначный термин. Сюда входит сумма всех отклонений от идеального выходного значения. Выражается как доля Х от идеального значения, помноженная на 100, т. е. Т=(Х*100/Uвых) %. ИОН с 1% точностью означает, что общая ошибка составляет 1% от идеального значения, а не 99%.

Конкретная категория отклонения от идеального значения. Выражается в абсолютном значении (например, милливольты) или как доли в процентах, или количеством частей на миллион (ppm).

Начальная точность

Допуск выходного напряжения, показанный ИОН при начальном включении напряжения питания. Часто начальная точность — наиболее важное требование. Для дешевых ИОН это может быть единственное требование точности.

Дрейф при включении

Изменение выходного напряжения в определенном интервале времени (обычно от нескольких миллисекунд), следующим за включением. Если ИОН выполнен с термостатированием, то величина дрейфа измеряется после стабилизации температуры. Все ИОН показывают некоторое изменение выходных параметров в первые секунды после включения питания. Обычно дрейф при включении имеет асимптотическую характеристику и является важным требованием для портативных систем при запитке на короткие промежутки времени.

Краткосрочный дрейф

Подобен дрейфу при включении, но указывается на короткий период (минуты) после включения. Этот параметр часто указывается в технических условиях в виде диаграмм или осциллограмм. Краткосрочный дрейф отличается от шума только единицей измерения, но обе небольшой величины, непредсказуемые и произвольны.

Долгосрочный дрейф

Медленные изменения на выходе ИОН, которые происходят за длительный (месяцы) период работы. Обычно выражается в ppm/1000 часов, является формой шума и поэтому случаен и непредсказуем. Этот параметр характеризуется только тестами образца. Надо отметить, что тесты образца не гарантируют будущие рабочие характеристики, но статистический анализ данных дает высокий уровень доверия результатам теста.

Постепенное изменение выходного напряжения за весь период работы. Старение отличается от долгосрочного дрейфа тем, что оно заканчивается медленным однонаправленным изменением опорного напряжения, в то время как долгосрочный дрейф вызывает произвольные колебания напряжения.

Электрический шум на выходных терминалах источника опорного напряжения. Это может быть широкополосный тепловой шум, низкочастотные пики широкополосного шума и узкополосный 1/f шум. Тепловой шум небольшой и легко отфильтровывается простой RC — цепочкой, если нет запрета на ее использование. При использовании ИОН короткое время большинство форм шума переводятся в компонент начальной точности.

Температурный дрейф

Изменение выходного напряжения при воздействии температуры, выраженное в ppm/°C или %/°C. Этот параметр является вторым по значимости после начальной точности. Температурный дрейф становится доминирующим, если начальную точность можно компенсировать калибровкой регулируемого прироста.

Есть три метода определения температурного дрейфа:

    Метод «наклонных линий» (рис. 2). Определяется линия наихудшего изменения du/dt по температурному диапазону. Этот метод используется в военных изделиях с предположением, что дрейф линеен (часто неверно) и позволяет вычислить самый плохой случай. Фактическая точка максимального наклона не определена.

Рис. 2. Метод «наклонных линий»: зависимость выходного напряжения от температуры 236ppm/°C

Метод «прямоугольника» (рис. 3). Формируется прямоугольник в представляющем интерес температурном диапазоне. Сверху и снизу включает в себя максимальные и минимальные выходные напряжения. Этот вариант соответствует методу испытаний и обеспечивает более близкую оценку фактической ошибки, чем делает метод наклонных линий. Однако, и при таком методе нет ответа на точную форму изменений выходного напряжения.

Рис. 3. Метод «прямоугольника»: зависимость выходного напряжения от температуры 2,4 мВ/°C

Метод «бабочки» (рис. 4). Более детальная установка пределов, которые относятся к одной точке (здесь +25°С), с минимальными и максимальными наклонами линий, проходящих через указанную точку. Имеются также две или более контрольных точек по каждой линии. Название метода исходит из формы этих линий.

Рис. 4. Метод «бабочки»: зависимость выходного напряжения от температуры 50мкВ/°C

Все три метода не дают точной числовой оценки изменения выходного напряжения от температуры во всем диапазоне. Но эти графические показатели можно сравнивать друг с другом «преобразуя треугольник», вытянуть диагональ и т. д.

Саморазогрев

Изменение выходного напряжения ИОН в зависимости от протекаемого тока через прибор. Этот эффект коварен, потому что имеет несколько постоянных времени в пределах от микросекунд до секунд. Саморазогрев редко определяется, т. к. не обнаруживается в высокоскоростных измерениях в линии и нестабильности выходного напряжения или тока по нагрузке. Для уменьшения экстремального тока нагрузки и устранения саморазогрева добавляют внешний транзистор или буферный усилитель. В монолитных схемах MAX 676 — MAX 678 был применен другой способ: встраивалась активная схема, которая поддерживала постоянной внутреннюю рассеивающую мощность в зависимости от изменения тока нагрузки. При этом температурные изменения напряжения не превышали 1ppm/°C.

Нестабильность выходного напряжения от нагрузки: ошибка, создаваемая изменением тока нагрузки. Этот параметр не включает эффекты импульсной помехи от нагрузки.

Нестабильность выходного напряжения в зависимости от сети: ошибка, происходящая от изменения во входном напряжении. Этот параметр не включает пульсации напряжения и импульсные помехи.

Переходная характеристика: реакция выхода ИОН на переходные процессы входного напряжения и выходного тока. В техдокументации могут быть представлены фотографии типовых кривых для переходного процесса, они не дают гарантируемых технических трданных. Для благоприятных условий работы ИОН желательно добавить другую схему, чтобы обезопасить от переходных процессов входных и выходных воздействий.

Этот небольшой обзор характерных отклонений выходного напряжения ИОН дает разработчику возможность выбора прибора для конкретного применения.

В дополнение к вышесказанной информации приводится краткая таблица источников опорного напряжения, выпускаемых фирмой MAXIM.

Источник

8.2. Характеристики операционных усилителей

ОУ характеризуются усилительными, входными, выходными, энергетическими, дрейфовыми, частотными и скоростными характеристиками.

Коэффициент усиления (KU) равен отношению приращения выходного напряжения к вызвавшему это приращение дифференциальному входному напряжению при отсутствии обратной связи (ОС). Он изменяется в пределах от 10 3 до 10 6 .

Важнейшими характеристиками ОУ являются амплитудные (передаточные) характеристики (рис. 8.4). Их представляют в виде двух кривых, относящихся соответственно к инвертирующему и неинвертирующему входам. Характеристики снимают при подаче сигнала на один из входов при нулевом сигнале на другом. Каждая из кривых состоит из горизонтального и наклонного участков.

Горизонтальные участки кривых соответствуют режиму полностью открытого (насыщенного), либо закрытого транзисторов выходного каскада. При изменении входного напряжения на этих участках выходное напряжение усилителя остается постоянным и определяется напряжениями +Uвых max) -Uвых max. Эти напряжения близки к напряжению источников питания.

Наклонному (линейному) участку кривых соответствует пропорциональная зависимость выходного напряжения от входного. Этот диапазон называется областью усиления. Угол наклона участка определяется коэффициентом усиления ОУ:

Большие значения коэффициента усиления ОУ позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами, которые зависят только от параметров цепи отрицательной обратной связи.

Амплитудные характеристики (см. рис. 8.4), проходят через нуль. Состояние, когда Uвых = 0 при Uвх = 0,называется балансом ОУ. Однако для реальных ОУ условие баланса обычно не выполняется. При Uвх = 0 выходное напряжение ОУ может быть больше или меньше нуля:

Напряжение (Uсмо), при котором Uвых = 0, называется входным напряжением смещения нуля (рис. 8.5). Оно определяется значением напряжения, которое необходимо подавать на вход ОУ для получения нуля на выходе ОУ. Обычно составляет не более единиц милливольт. Напряжения Uсмо и ∆Uвых (∆Uвых = Uсдв — напряжение сдвига) связаны соотношением:

Основной причиной появления напряжения смещения является существенный разброс параметров элементов дифференциального усилительного каскада.

Зависимость параметров ОУ от температуры вызывает температурный дрейф входного напряжения смещения. Дрейф входного напряжения смещения – это отношение изменения входного напряжения смещения к изменению окружающей температуры:

Обычно Eсмо составляет 1…5 мкВ / °С.

Используемый диапазон входного напряжения называется областью ослабления синфазного сигнала. Операционные усилители характеризуется коэффициентом ослабления синфазного сигнала осс) отношением коэффициента усиления дифференциального сигнала (Кuд) к коэффициенту усиления синфазного сигнала (Кu сф).

Коэффициент усиления синфазного сигнала определяется как отношение изменения выходного напряжения к вызвавшему его изменению синфазног
о входного сигнала). Коэффициент ослабления синфазного сигнала обычно выражается в децибелах.

Входное сопротивление, входные токи смещения, разность и дрейф входных токов смещения, а также максимальное входное дифференциальное напряжение характеризуют основные параметры входных цепей ОУ, которые зависят от схемы используемого дифференциального входного каскада.

Читайте также:  Какие из этих жидкостей проводят электрический ток формалин

Входной ток смещения (Iсм) – ток на входах усилителя. Входные токи смещения обусловлены базовыми токами входных биполярных транзисторов и токами утечки затворов для ОУ с полевыми транзисторами на входе. Другими словами, Iсм – это токи, потребляемые входами ОУ. Они обуславливается конечным значением входного сопротивления дифференциального каскада. Входной ток смещения (Iсм), приводимый в справочных данных на ОУ, определяется как средний ток смещения:

Входной ток сдвига – это разность токов смещения. Он появляется вследствие неточного согласования коэффициентов усиления по току входных транзисторов. Ток сдвига является переменной величиной, лежащей в диапазоне от нескольких единиц до нескольких сотен наноампер.

Вследствие наличия входного напряжения смещения и входных токов смещения схемы ОУ приходится дополнять элементами, предназначенными для начальной их балансировки. Балансировка осуществляется подачей на один из входов ОУ некоторого дополнительного напряжения и введения резисторов в его входные цепи.

Температурный дрейф входного тока коэффициент, равный отношению максимального изменения входного тока ОУ к вызвавшему его изменению окружающей температуры.

Температурный дрейф входных токов приводит к дополнительной погрешности. Температурные дрейфы важны для прецизионных усилителей, так как, в отличии от напряжения смещения и входных токов, их очень сложно скомпенсировать

Максимальным дифференциальным входным напряжением лимитируется напряжение, подаваемое между входами ОУ в схеме, для исключения повреждения транзисторов дифференциального каскада

Входное сопротивление зависит от типа входного сигнала. Различают:

· дифференциальное входное сопротивление (Rвх диф) – (сопротивление между входами усилителя);

· синфазное входное сопротивление (Rвх сф) – сопротивление между объединенными входными выводами и общей точкой.

Значения Rвх диф лежат в интервале от нескольких десятков килоом до сотен мегаом. Входное синфазное сопротивление Rвх сф на несколько порядков больше Rвх диф.

Выходными параметрами ОУ являются выходное сопротивление, а также максимальное выходное напряжение и ток.

Операционный усилитель должен обладать малым выходным сопротивлением (Rвых) для обеспечения высоких значений напряжения на выходе при малых сопротивлениях нагрузки. Малое выходное сопротивление достигается применением на выходе ОУ эмиттерного повторителя. Реальное Rвых составляет единицы и сотни ом.

Максимальное выходное напряжение (положительное или отрицательное) близко к напряжению питания. Максимальный выходной ток ограничивается допустимым коллекторным током выходного каскада ОУ.

Энергетические параметры ОУ оценивают максимальными потребляемыми токами от обоих источников питания и соответственно суммарной потребляемой мощностью.

Усиление гармонических сигналов характеризуется частотными параметрами ОУ, а усиление импульсных сигналов – его скоростными или динамическими параметрами.

Частотная зависимость коэффициента усиления ОУ без обратной связи называется амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ).

На низких частотах коэффициент усиления операционного усилителя без ОС очень велик и остается постоянным до частоты, называемой частотой среза (fср,), а затем появляется спад АЧХ, коэффициент усиления начинает уменьшаться. Причиной этого является частотная зависимость параметров транзисторов и паразитных емкостей схемы ОУ. По граничной частоте (fгр), которой соответствует снижение коэффициента усиления ОУ в , оценивают полосу пропускания частот усилителя, составляющую для соврем
енных ОУ десятки мегагерц.

Частота (f1), при которой коэффициент усиления ОУ равен единице, называется частотой единичного усиления.

Вследствие создаваемого усилителем в области высоких частот фазового сдвига выходного сигнала относительно входного фазо-частотная характеристика ОУ по инвертирующему входу приобретает дополнительный (сверх 180°) фазовый сдвиг (рис. 8.8).

Для обеспечения устойчивой работы ОУ необходимо уменьшать запаздывание по фазе, т.е. корректировать амплитудно-частотную характеристику ОУ.

Динамическими параметрами ОУ являются скорость нарастания выходного напряжения (скорость отклика) и время установления выходного напряжения. Они определяются по реакции ОУ на воздействие скачка напряжения на входе (рис. 8.9).

Скорость нарастания выходного напряжения – это отношение приращения ( Uвых) к интервалу времени ( t), за который происходит это приращение при подаче на вход прямоугольного импульса. То есть

Чем выше частота среза, тем больше скорость нарастания выходного напряжения. Типовые значения VU вых единицы вольт на микросекунды.

Время установления выходного напряжения (tуст) – время, в течение которого Uвых операционного усилителя изменяется от уровня 0,1 до уровня 0,9 установившегося значения Uвых при воздействии на вход ОУ прямоугольных импульсов. Время установления обратно пропорционально частоте среза.

Источник

С технологией Auto Zero: новые операционные усилители для прецизионных измерений

2 сентября 2013

Измерение физических величин является широко распространенной задачей. Роль первичных преобразователей физических величин выполняют датчики. Например, резистивные датчики температуры преобразуют температуру в удобную для электрических измерений величину — сопротивление.

Существует огромное количество датчиков — давления, температуры, освещенности — каждый из которых имеет свои особенности и области применения. Помимо непосредственно измерительной техники датчики используются в медицинской аппаратуре, промышленности (управление механизмами и двигателями), телекоммуникациях (ВОЛС), автомобилестроении.

Аналоговая техника замещается цифровой. Однако в любой цифровой измерительной технике есть аналоговая часть. Анализ погрешностей измерительного тракта является отправной точкой создания измерительных устройств.

Анализ погрешностей в сигнальной цепочке измерительного тракта

Измерительный тракт современной системы обработки сигналов включает в себя ряд звеньев (рисунок 1). Исходный сигнал, снимаемый с датчика (или датчиков), поступает на усилитель через мультиплексор или напрямую. Главная задача усилителя — нормирование/усиление сигнала до оптимального для АЦП уровня. АЦП оцифровывает сигнал в соответствии с уровнем напряжения источника опорного напряжения (ИОН). Далее сигнал проходит цифровую обработку в вычислительном модуле (процессор, микроконтроллер).

Погрешности схемы измерительного тракта

Рис. 1. Погрешности схемы измерительного тракта

К сожалению, ни одно из звеньев измерительной цепи не является идеальным и вносит погрешность в результат измерения. При этом погрешность имеет постоянную и шумовую составляющие.

Источником постоянной составляющей погрешности являются параметры, которые не зависят от времени либо имеют слабую временную зависимость. Так например, термосопротивление имеет начальный разброс точности номинала; усилитель имеет разброс коэффициента усиления за счет разброса номиналов пассивных компонентов и др; ИОН имеет ограниченную точность начальной установки напряжения; АЦП имеет погрешность смещения нуля, может иметь погрешность линейности и т.д.

Кроме того, большинство погрешностей постоянной составляющей все же имеют временную зависимость (например, номиналы пассивных компонентов «уплывают» со временем) и температурную зависимость, что значительно усложняет задачу измерений. Ведь проведя калибровку прибора для одной температурной точки, можно легко выйти за рамки точности при другой температуре. То же можно сказать и про время, со временем приборы теряют точность, и требуют периодической поверки.

Помимо постоянной составляющей, каждое звено вносит собственный шум в полезный сигнал. Одним из основных узлов, определяющих точность измерения, является усилитель. С одной стороны погрешности датчиков, усиленные и преобразованные, с другой — погрешности усилителя оказывают дополнительное влияние на полезный сигнал, поступающий на АЦП.

Критерии выбора ОУ для прецизионных измерений

В настоящее время усилители, как правило, строятся на базе интегральных ОУ. К сожалению, идеального ОУ не существует. Зато существует огромное количество операционных усилителей для различных приложений и с различными характеристиками. Поэтому выбор может стать трудоемким монотонным процессом изучения документации на компоненты от множества компаний-производителей. Для облегчения труда инженеров-разработчиков измерительной аппаратуры лидеры электронной промышленности особо выделяют в своей номенклатуре прецизионные ОУ.

Основным критерием, которому должен удовлетворять прецизионный ОУ, является обеспечение требуемой точности измерений. Чтобы выбрать ОУ, в первую очередь необходимо оценить параметры, непосредственно влияющие на погрешность выходного сигнала.

Входное напряжение смещения (Input Offset Voltage). Является наиболее важным параметром для прецизионных ОУ. Как правило, прецизионные схемы используются для измерения очень малых величин. Например, для мостовых датчиков давления величина выходного напряжения составляет — десятки мВ. Очевидно, что напряжение смещения на уровне десятков мкВ даст очень большую погрешность измерения.

Рассмотрим пример. Система измеряет показания мостового датчика давления с выходным напряжением 20 мВ. Сигнал датчика усиливает ОУ с входным напряжением смещения Uсм = 50 мкВ.

Коэффициент усиления при нормировании для АЦП с опорным напряжением 3 В: 3 В/0,02 В = 150.

Ошибка от напряжения смещения на выходе усилителя: 50 мкВ х 150 = 7,5 мВ. Что соответствует точности всего лишь 8-бит АЦП (1LSB = 3В/2 8 = 11 мВ).

Очевидно, что такая погрешность недопустима. Поэтому уменьшение влияния напряжения смещения является одной из главных задач.

Стоит отметить, что величина напряжения смещения имеет температурную и временную стабильность.

Температурный дрейф напряжения смещения — ТКС (TC Vos). Измеряется, как правило, в нВ/°С. При компенсации напряжения смещения в одной температурной точке, например подстроечным резистором, мы не получим точного результата при другой температуре. Кроме того, данная зависимость имеет нелинейный характер, что вносит дополнительную сложность. Стоит особое внимание уделить данному параметру в случае, если диапазон рабочих температур достаточно широкий (например, промышленная или военная электроника).

Не сложно посчитать, что для температурного диапазона 0…25°C наличие дрейфа в 1 мкВ/°С может привести к погрешности в 25 мкВ, что для предыдущего примера сравнимо с величиной начального напряжения смещения (Uсм = 50 мкВ).

В дополнение к температурному дрейфу напряжения смещения имеет место его изменение в течение времени. Это явление называется долговременная стабильность и измеряется в мкВ/1000 часов.

Входной шум ОУ (Input Voltage Noise) определяется для двух частотных диапазонов. Низкочастотный шум (1/f фликкер-шум) (0,1…10 Гц) измеряется в нВП-П. Широкополосный шум (нормируется, как правило, для 1 кГц), измеряется в нВ/ЦГц. Разделение на частотные диапазоны позволяет разработчику различать широкополосный шум, который может быть отфильтрован при помощи фильтров, и низкочастотный, который отфильтровать практически невозможно.

Коэффициент усиления при разомкнутой обратной связи (Open-Loop Gain) имеет конечное значение, что приводит к возникновению ошибки усиления в схемах с обратной связью. Коэффициент усиления должен иметь как можно большее значение, в этом случае ошибка усиления будет минимальной.

Входной ток ОУ (Input Bias Current). Данный параметр имеет важное значение для схем измерения сигналов высокоимпедансных датчиков. Например, сверхчувствительные фотодиоды при сумеречном освещении могут генерировать токи всего лишь в несколько нА, очевидно, что входной ток ОУ не может превышать данной величины. Величина входного тока сильно зависит от технологии реализации входного каскада ОУ. Для ОУ со входным каскадом на полевых транзисторах величины входных токов могут быть порядка нескольких фА, при этом, однако, имеется сильнейшая температурная зависимость.

Температурный дрейф входного тока. Тип зависимости определяется структурой входного каскада. Каскад, выполненный по биполярной технологии, менее подвержен влиянию температуры. Каскад, выполненный по КМОП технологии, имеет малое значение входного тока, но может удваиваться каждые 10°С.

Ток смещения ОУ (Input Offset Current). Величины входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов не равны. По большому счету, именно это отличие в величине втекающих токов и создает погрешность, а не непосредственно втекающий ток. Равенство входного импеданса на входах ОУ приводит к уменьшению влияния входного тока ОУ. Это происходит вследствие того, что выходное напряжение, формируемое током, втекающим в неинвертирующий вход ОУ, компенсируется выходным напряжением, формируемым током инвертирующего входа.

При реализации конкретного устройства помимо критерия точности к ОУ могут применяться и другие требования. Широкое распространение портативных измерительных приборов выдвигает требования компактности, пониженного напряжения питания и низкой потребляемой мощности. Для промышленных и военных приложений критичным может оказаться фактор защищенности ОУ от электромагнитных и статических помех и возможность работы при повышенных питающих напряжениях.

Как было указано выше, наиболее сильное влияние на точность измерений оказывает напряжение смещения. Элементарные схемы компенсации (такие, как подстроечные резисторы) дают компенсацию только в одной температурной точке из-за температурного дрейфа. Температурный дрейф, к тому же, имеет нелинейный характер, что затрудняет его учет при измерениях. Кроме того, имеет место влияние низкочастотного 1/f шума, от которого практически невозможно избавиться.

Читайте также:  По закону ома при каком наименьшем сопротивлении цепи сила тока 5 от силы короткого

Одной из прорывных технологий, позволивших значительно увеличить точность ОУ, стала технология автокоррекции нуля (периодической компенсации дрейфа нуля). ОУ с такой технологией называются ОУ, стабилизированными прерыванием.

Однако данная технология обладает рядом недостатков. Во-первых, переключения сопровождались значительными выбросами напряжений высоким уровнем собственных шумов в области частоты коммутации, что значительно ухудшало шумовые характеристики. Это приводило к необходимости использования внешних фильтров. Кроме того, диапазон рабочих частот оказывался ограниченным величиной собственных коммутаций. Диапазон питающих напряжений также был достаточно мал.

Новое семейство прецизионных ОУ, стабилизированных прерыванием по технологии «AutoZero»

По сравнению с классической схемой ОУ, стабилизированных прерыванием, ОУ с «AutoZero» имеют значительно меньший уровень шумов от переключений. На зависимости «шум/частота» на частоте переключения схемы (около 70 кГц) имеется всего один пик (рисунок 2). Однако так как это более высокочастотный шум по сравнению с классической реализацией схемы с автоподстройкой, то избавиться от него значительно проще.

Типовая зависимость «шум/частота» ОУ с «AutoZero»

Рис. 2. Типовая зависимость «шум/частота» ОУ с «AutoZero»

Компания Maxim Integrated выпустила новую линейку ОУ стабилизированных прерыванием с технологией «AutoZero» (таблица 1).

Таблица 1. Прецизионные ОУ с автокоррекцией нуля

Наименование Число ОУ в корпусе Питание, В Ток потребления (типовой), мкА Напряжение смещения (макс), мкВ CMRR, дБ PSRR, дБ Входной ток (макс), нА Плотность шума входного напряжения, нВ/√Гц Плотность шума входного тока, нВ/√Гц
MAX44250 1 2,7…20 1220 9 140 145 1,4 5,9 0,6
MAX44251 2 1150 6 1,3
MAX44252 4 1150 6 1,3
MAX44244 1 2,7…36 90 7,5 130 148 0,3 50 0,1
MAX44245 4 7,5
MAX44248 2 7,5
MAX44246 2 420 5 158 166 0,6 9

Новые семейства ОУ, стабилизированных прерыванием с технологией «AutoZero», сочетают превосходные метрологические характеристики и широкий диапазон рабочих частот. Стоит отметить, что кроме этого, в них реализованы дополнительные уникальные технологии Maxim Integrated.

Maxim Integrated уделили особое внимание дополнительной защите от помех. Структура усилителей содержит интегрированный фильтр электромагнитных помех (EMI-фильтр). В итоге помимо того, что благодаря «AutoZero» устранен низкочастотный шум, значительно уменьшается и высокочастотный шум (рисунок 3).

График подавления электромагнитных помех

Рис. 3. График подавления электромагнитных помех

Уделено особое внимание питанию микросхем. Все ОУ имеют расширенный диапазон питающих напряжений. Минимальное напряжение питания составляет всего 2,7 В (или ±1,35 В), что важно для устройств с батарейным питанием. В то же время верхняя граница напряжения питания составляет 36 В (или ±18 В), что может быть удобным при реализации промышленной автоматики.

Широкий выбор корпусных исполнений позволяет выбрать подходящий по габаритам ОУ, в том числе для портативных приложений.

Семейство MAX44250/51/52 новые прецизионные ОУ, обладающие всеми отличительными чертами усилителей с технологией «AutoZero»: сверхнизкое значение напряжения смещения (не более 6 мкВ при 23°С), температурный дрейф ограничивается практически не измеряемой величиной 19 нВ/°С. Шумовые характеристики также на высоте. Величина шума — 123 нВП-П (0,1 Гц

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Температурный дрейф — напряжение

Температурный дрейф напряжения затвор — исток связывают с температурными изменениями контактной разности потенциалов d ( pDldTzx2 2 мВ / С и подвижности носителей, уменьшающими ток стока при постоянном смещении: ( d ijdT) l i nJT, где обычно ий 2 3 для полевых / — канальных транзисторов и им1 5 для л-канальных. [1]

Температурный дрейф напряжения UA можно значительно снизить, применяя балансный прерыватель на двух транзисторах. Принципиальная схема балансного транзисторного прерывателя приведена на рис. 13 — 22, а. Модулирующее напряжение прямоугольной формы через трансформатор прикладывается к базам транзисторов 7 и Т2, вызывая их попеременное отпирание или запирание. [2]

Температурный дрейф напряжения смещения ( Д [ / Др) — отношение изменения напряжения смещения к вызвавшему его изменению температуры окружающей среды. Могут быть раздельно указаны значения дрейфа для температур выше 20 — 25 С и ниже 20 — 25 С. [3]

Температурный дрейф напряжения смещения ОУ на полевых транзисторах также во многом зависит от идентичности транзисторной пары входного ДУ. [4]

Средний температурный дрейф напряжения смещения ОЕТ равен отношению максимального изменения напряжения смещения к вызвавшему его изменению окружающей температуры в оговоренном диапазоне температур. Тг температурах окружающей среды по схеме, приведенной на рис. 7.5. При измерении Ект и Ясм2 исследуемый ОУ выдерживается при заданной температуре около часа. [6]

Аналогично температурному дрейфу напряжения смещения может наблюдаться температурный дрейф разности входных токов. Величина температурного коэффициента разности входных токов для интегральных схем операционных усилителей различных типов находится в пределах ( 1 — 20) нА / С. [7]

В, температурный дрейф напряжения смещения 5 — 20 мкВ / град. Величина напряжения и тока смещения, а также разность входных токов определяются при равенстве выходного напряжения нулю и характеризуют асимметрию операционного усилителя, являющуюся главной причиной дрейфа. Дрейф операционных усилителей можно уменьшить, применяя внешние компенсирующие цепи. [9]

В них происходит компенсация температурного дрейфа напряжения базы транзисторов Г2 и Т2, что особенно важно при использовании Uon с малым температурным коэффициентом. [10]

Это обусловлено тем, что температурный дрейф напряжений баз двух транзисторов взаимно компенсируется. [11]

Имеет низкие значения входных токов и температурного дрейфа напряжения смещения нуля . [12]

Имеет низкие значения входных токов и температурного дрейфа напряжения смещения нуля . [13]

Различаются между собой значениями напряжения питания, коэффициента усиления и температурного дрейфа напряжения смещения . [14]

Различаются между собой значениями напояжения питания, коэффициента усиления и температурного дрейфа напряжения смещения . [15]

Источник



5.7 Входные ошибки усилителя

Отклонение входных характеристик ОУ от идеальных, которое обсуждалось в Части _4 ( конечные значения входного сопротивления и входного тока, напряжение смещения, КОСС и КОИП и их изменение со временем и температурой ), являются серьёзными помехами при проектировании точных устройств и вынуждают идти на различные ухищрения и компромиссы при выборе решений и подборе компонентов. Эту мысль проще пояснить на примере, что вскоре и будет сделано. Отметим только, что все перечисленные ошибки или их аналоги присутствуют и в усилителях на дискретных компонентах.

По мере углубления в дискуссию будет полезно периодически возвращаться к табл. 5.2 и 5.3 , где даны параметры десяти лучших типов точных ОУ ( и для сравнения парочка недорогих и неточных ). Это позволит раскрасить яркими цифрами унылую серость учебного материала.

5.7.1 Входной импеданс

Рассмотрим кратко эффекты от воздействия перечисленных только что неидеальностей. Конечный входной импеданс в паре с сопротивлением источника формирует делитель напряжения, снижающий усиление относительно расчётного. Чаще всего это не проблема, потому что входной импеданс в очень значительной степени усиливается обратной связью. Например, прецизионный OPA277P ( входной каскад на биполярных транзисторах ) имеет типовой входной импеданс для дифференциального сигнала 100 MΩ . В схеме с большим петлевым усилением обратная связь поднимет это значение до величины «входного импеданса для синфазных сигналов», т.е. до 250 GΩ . Если этого мало, то ОУ со входным каскадом на полевых транзисторах имеют астрономические цифры \(R_\): 10 TΩ дифференциальное и 1000 TΩ синфазное для стоЯщего в схеме OPA129.

5.7.2 Входной ток Ib

Со входным током проблем больше. Здесь идёт речь о величинах порядка наноампер, порождающих напряжение ошибки в микровольты для импеданса источника всего 1 kΩ . И опять, на помощь приходят ОУ на полевых транзисторах, но за счёт повышенного напряжения смещения, как части пакетной сделки. Биполярные супербета усилители, подобные LT1012, также могут иметь неожиданно низкий входной ток. Сравните OPA277 ( точный биполярный ОУ ) с LT1012 ( биполярный с низкими входными токами ), OPA124 ( ПТ, точный с низкими входными токами ), OPA129 ( ПТ со сверхнизкими входными токами ) и LMC6001 ( КМОП, с самым низким входным током ). Это одни из самых лучших компонентов, которые можно было купить на момент написания книги, а в таблицах перечислены самые лучшие по параметрам группы для каждого типа ( табл. 5.3 на стр. 303 , более широкая выборка и дополнительные подробности даны в табл. 5.5 на стр. 320-321 и в справочных данных Части _4 ).

Табл. 5.2 Типичные точные ОУ

Notes: (a) boldface indicated number in a package for the part # listed. (b) not precision, listed for comparison. ( p) Iq, typical, per amplifier.

Хорошо спроектированные усилители на ПТ имеют чрезвычайно низкие входные токи, но и гораздо большие напряжения смещения, нежели точный OPA277. Но напряжение смещения всегда можно скомпенсировать внешними цепями, и потому температурный дрейф важнее, и здесь усилители на ПТ показывают гораздо более плохие цифры ( в 4. 20 раз хуже ). Операционные усилители с самыми маленькими входными токами имеют входные каскады на МОП транзисторах. Они популярны из-за резкого роста числа недорогих микросхем типа бюджетной серии TLC270 фирмы TI или линейки National со сверхнизким входным током LMC6000. Но в отличие от биполярных и полевых транзисторов МОП компоненты имеют очень большой дрейф напряжения смещения по времени, который рассматривается ниже. Поэтому те улучшения ситуации с токовыми ошибками, которые можно получить за счёт ПТ могут быть полностью смазаны большими ошибками напряжения. В любой схеме, в которой входной ток может создать существенную ошибку, очень желательно, чтобы входные терминалы ОУ видели одинаковые сопротивления по постоянному току ( см. рис. 4.55 ). Следом на первый план выходит «ток смещения». Следует иметь в виду, что некоторая часть прецизионных усилителей имеет схему компенсации входного тока, чтобы уменьшить этот источник неприятностей ( можно возвратиться к упражнению 2.30 на стр. 125 , чтобы понять, как это работает ). Для таких ОУ выравниванием сопротивления на входах улучшить ничего не получится, так как нескомпенсированная доля входного тока и ток смещения сравнимы по величине.

5.7.2.A Влияние температуры на входной ток

При использовании усилителей с полевыми транзисторами на входе следует иметь в виду, что входной «ток» — это на самом деле ток утечки затвора, который очень резко растёт с ростом температуры, удваиваясь с её увеличением на каждые 10°C ( рис. 5.6 ). А если учесть, что ПТ ОУ очень часто нагреваются при работе ( типичный ОУ общего применения LF412, к примеру, рассеивает 100 mW при работе от ±15 V ) реальный входной ток может быть заметно выше, чем те цифры при 25°C , которые можно найти в паспортных данных 15 . И наоборот, входной ток усилителей на биполярных транзисторах — это именно ток базы, почти не меняющийся с температурой. Таким образом, может статься, что ПТ ОУ с замечательными паспортными параметрами входного тока не будет иметь никаких преимуществ перед супербета биполярным конкурентом. По графикам видно, что ПТ усилитель LT1057 при 25°C имеет входной ток ∼3 pA , а при 75°C уже около 100 pA , что больше, чем входной ток супербета LT1012 при той же температуре. Типовой расходный кристалл LF412 на ПТ имеет при 25°C входной ток сравнимый с таковым для LT1012, а при повышенной температуре ток LF412 становится во много раз выше.

Рис.5.6 Зависимость входного тока операционных усилителей от температуры, построенная по паспортным данным. См. также рис. 5.38 и 3.48 . ПТ ОУ помечены обычным шрифтом, БТ — курсивом , КМОП — жирным , а ОУ с автоподстройкой нуля — жирным шрифтом с наклоном

Табл. 5.3 Девять ОУ с низким входным током

5.7.2.B Влияние уровня синфазного сигнала на входной ток

И, наконец, очень важное предупреждение: при сравнении входных токов ОУ следует учитывать экземпляры, в которых \(I_b\) зависит от входного напряжения. Это типичная особенность RRI усилителей, допускающих размах входного сигнала вплоть до уровней питания, независимо от того, биполярные они или полевые. Спецификация обычно указывает \(I_b\) вблизи нуля ( или среднего уровня источника питания ), но хорошая спецификация сообщит и характер изменения. Некоторые графики зависимости \(I_b\) от \( V_\) даны на рис. 5.7 . OPA129 и OPA627 имеют хорошие параметры благодаря каскоду на входе. LMP7721 выделяется не только своим максимальным значением тока 20 fA , то и выдающимся характером его зависимости от уровня синфазного сигнала.

Читайте также:  Аккумуляторная батарея это химический источник тока

Рис.5.7 Зависимость входного тока ОУ от синфазного входного напряжения при 25°C для всего рабочего диапазона, построенная по паспортным данным. Усилители на биполярных транзисторах со входным каскадом типа RR склонны к резкому изменению полярности входного тока

5.7.3 Напряжение смещения

Напряжение смещения усилителя — типичный источник ошибок. ОУ очень сильно разнятся по этому параметру: от прецизионных, имеющих смещение на уровне десятков микровольт, до компонентов общего применения, подобных LF412, с \( V_\) порядка милливольт. На момент написания книги 16 чемпионом мира среди ОУ без автоподстройки нуля был биполярный OPA277P ( ±20 μV max. ). Что удивительно, такие же цифры имеет КМОП MAX4236A, но вот его дрейф в 12 раз хуже.

Хотя много хороших одинарных ОУ ( но не сдвоенные и не счетверённые ) имеют выводы подстройки смещения, выбор усилителя с изначально малым смещением \( V_\) является по-прежнему очень разумным решением, и на то есть несколько причин. Во-первых, ОУ, изначально имеющие малое смещение, как правило имеют и более низкий температурный и временной дрейф. Во-вторых, изначально точный ОУ делает ненужным компоненты цепи подстройки смещения ( такие компоненты занимают место, требуют подстройки после сборки и могут менять параметры со временем ). В-третьих, разбаланс на входе, вносимый цепями подстройки смещения, ухудшает коэффициент ослабления синфазных сигналов и источника питания.

На рис. 5.8 показано увеличение температурного дрейфа для подстроенного смещения. Графике показывает зависимость уровня компенсации от числа оборотов потенциометра. Самое лучшее разрешение — при расположении движка в средней точке резистивного элемента и тем заметнее, чем больше подстроечное сопротивление. И, наконец, типовая рекомендуемая цепь регулировки имеет слишком большой диапазон перестройки, делая практически невозможным установление смещения на уровне единиц микровольт. Но даже если такие цифры будут получены, долго удерживаться на достигнутых уровнях они не смогут из-за дрейфа. Здесь самое время вспомнить, что производитель прецизионного усилителя уже подстроил смещение с помощью лазерной подгонки с большей точностью, нежели дают внешние цепи. Отсюда два совета.

  1. Использовать в точных схемах точные компоненты.
  2. Если подстройка всё же нужна, использовать схему с более узким диапазоном, аналогичную рис. 5.3 с номиналами компонентов, пересчитанными для полного диапазона ±50 μV при линейной зависимости от угла поворота вала ( т.е. \(R_<11>\)=33 Ω , \(R_<12>\)=10 MΩ ).

Рис.5.8 Зависимость уровня смещения от числа оборотов потенциометра для нескольких температур

На рис. 5.9 показаны цепи смещения с узким диапазоном подстройки для инвертирующего и неинвертирующего включения ОУ.

Рис.5.9 Внешняя цепь с зауженным диапазоном подстройки для точного усилителя

Так как напряжение смещения можно выкрутить в нуль, основную роль начинает играть дрейф от температуры, времени и напряжения питания. Разработчики микросхем активно работают над этими параметрами. Наилучшее их сочетание можно найти в биполярных входных каскадах ( и получить в довесок выпирающие из бюджета ошибок последствия высокого входного тока ). Как отмечено в табл. 5.2 ( стр. 302 ) лучшие ОУ имеют дрейф ниже 1 μV/°C . Самые лучшие цифры ( для усилителей без автоподстройки нуля ) показывает OPA277P: \(Δ V_\)=0.2 μV/°C (max).

Ещё одним фактором, который следует иметь в виду, является дрейф от саморазогрева ОУ на низкоимпедансной нагрузке. Очень часто приходится удерживать нагрузку на уровне 10 kΩ , чтобы минимизировать этот эффект. Такой приём может подпортить бюджет ошибок следующего каскада по параметрам входного тока, что можно наблюдать в предложенном примере. Для схем, где важен дрейф на уровне нескольких микровольт, становятся значимыми температурные градиенты и термо-ЭДС на металлических переходах от близлежащих нагретых компонентов. Данная тема будет разобрана в приложении к ультрапрецизионным усилителям с прерыванием в §5.11 .

Важное предупреждение: указанные в справочных данных условия измерения следует воспринимать буквально! Яркий пример показан на рис. 5.10 , где дана зависимость \( V_\) от \( V_\) для AD8615, чьи паспортные данные на первой странице утверждают: «Низкое напряжение смещения: 65 μV max.», а примечание к таблице сообщает: «при \( V_\)=0.5 V и 3.0 V».

Рис.5.10 Паспортные данные этого усилителя заявляет максимальную величину смещения ±60 μV . Правда, кроме этого там оговариваются условия: \( V_s\)=3.5 V и \( V_\)=0.5 V или \( V_\)=3.0 V . Мораль: читайте примечания и сноски!

5.7.4 Коэффициент ослабления синфазного сигнала

5.7.5 Коэффициент ослабления источника питания

КОИП падает с ростом частоты, повторяя в первом приближении АЧХ усиления без обратной связи, и свидетельством такого непристойного поведения часто являются графики из справочных данных. Скажем, КОИП OPA277 начинает падать уже на частоте 1 Hz , доходит до 95 dB ( типовое значение ) на 60 Hz и до 50 dB на 10 kHz . Это редко вызывает затруднения, потому что шум хорошо развязанного источника питания тоже падает с частотой. А вот что и в самом деле может создавать проблемы, так это пульсации с частотой питающей сети при использовании нестабилизированных источников.

Также следует отметить, что в общем случае КОИП имеет разную величину для положительного и отрицательного вывода питания и использование стабилизатора со средней точкои и с согласованными выходами может не дать никаких преимуществ. Следует обратить внимание, что величина КОИП часто указывается для G=1 и может быть заметно хуже при бОльших усилениях. И наконец, в жизни встречаются экземпляры, которые усиливают (!) сигналы на выводах питания.

5.7.6 Схема усилителя с компенсацией постоянного смещения: входные ошибки

Теперь можно приступить к подробному обсуждению большей части источников серьёзных ошибок в усилителе на рис. 5.3 . Схема начинается инструментальным усилителем \(U_1\) ( подробнее в §5.15 ). Из соображений устойчивости и точности при заданном усилении ×100 выбран вариант с небольшим входным током и соответствующим уровнем шума (9 nV/\(\sqrt\) тип. при 10 Hz ). Его смещение и температурный коэффициент для наихудшего случая ( ±40 μV , 0.3 μV/°C ) всего лишь в два раза хуже, чем у лучшего представителя — OPA277. Зато 120 dB (min) КОСС в режиме разностного усилителя вкупе с точностью усиления ( 0.08% , 50 ppm/°C max ) и низким напряжением шума делает его хорошим выбором для входного каскада сигнала с моста. Кроме того, хотя в этом примере данный факт не важен, его входной ток весьма низок для биполярной технологии и составляет всего 0.35 nA (max) 17 .

Для однополярных сигналов \(U_1\) не нужен, и сигнал подаётся сразу в точку «X» ( для такого варианта надо добавить последовательный резистор 470 Ω и пару ограничительных диодов с малыми утечками ( см. рис. 5.2 ) к шинам питания для защиты от перегрузки ). Точность OPA277 является здесь ориентиром, поскольку его постоянно пытаются заменить операционными усилителями на ПТ, но их более чем в 10 раз больший температурный дрейф \( V_\) сводят на нет преимущества низкого входного тока. Единственным исключением является подключение к источникам сигнала с очень высоким импедансом. Входной ток OPA277 1 nA (max) даёт ошибку 1 μV на каждый килоом сопротивления источника, а лучший в своём классе OPA627B на полевых транзисторах ( по $35 за штучку! ) со входным током 5 pA (max) будет иметь совершенно незначительную ошибку, но зато убежит на 3 μV/4°C за счёт дрейфа ( 4°C считается типичной величиной колебаний температуры в помещении ). В схему будет полезно добавить подстройку смещения \(U_2\) по образцу на рис. 5.9 . Как уже говорилось, обратная связь поднимает входной импеданс до 250 GΩ и убирает любые ошибки усиления с источника сигнала величиной до 25 MΩ ( для ошибки усиления менее 0.01% ).

\(U_2\) нагружен на инвертирующий усилитель \(U_1\) , а величина \(R_3\) есть результат выбора между ошибкой смещения из-за саморазогрева \(U_2\) и ошибкой смещения за счёт входного тока \(U_3\) . Выбранный номинал удерживает разогрев на уровне 5 mW ( при напряжении на выходе 7.5 V ), что приводит к повышению температуры кристалла на 0.8°C ( тепловое сопротивление \(R_<\Theta JA>\)=0.15°C/mW , см. §9.4 ), что в свою очередь даёт максимальную величину смещения \(Δ V_ = TCV_×Δ T \)=0.12 μV . Импеданс источника сигнала 11 kΩ , который видит \(U_3\) , даёт ошибку из-за тока смещения, но сам \(U_3\) охвачен цепью обратной связи через \(U_4\) , а \(U_5\) давит итоговую ошибку в ноль, поэтому остаётся только ошибка от дрейфа тока. OPA277 имеет график типовой зависимости входного тока от температуры ( производители нечасто его указывают ), из которого выводится цифра 0.2 μV/4°C для бюджета ошибок. Уменьшение \(R_3\) её снижает, но увеличивает ошибку от разогрева \(U_2\) . [* В схему на место \(U_2\) просится композитный ОУ ( с буфером ), см. §5.8.4 ]

Импеданс \(U_3\) на постоянном токе вплотную подходит к величине, могущей представлять проблемы. Чтобы оценить ошибку, сравним дифференциальное входное сопротивление \(U_3\) 100 MΩ со значением импеданса, который усилитель видит на входе в наихудшем случае ( с усилением 100× ). Данная величина складывается из сопротивления обратной связи 1 MΩ+100 kΩ+11.11 kΩ , делённое на петлевое усиление \( G_


    /G_\). В нашем случае результат 10 Ω . Отсюда ошибка от изменения нагрузки для наихудшего случая \(1:10\space ^7\) , т.е. на три порядка ниже, чем 0.01% . Это один из самых неприятных вариантов, какой только можно выдумать, и даже в этом случае входное сопротивление усилителя проблем не представляет, наглядно доказывая, что входным импедансом ОУ можно пренебречь.

Влияние на итоговую ошибку дрейфа напряжения смещения по времени, температуре и изменениям уровня питания для \(U_2\) и \(U_3\) находится в установленных бюджетом пределах. Следует отметить, что эти ошибки автоматически компенсируются в каждом цикле «зануления». Остаётся влияние только кратковременных изменений. Благодаря правильному подбору ОУ все указанные ошибки находятся в микровольтовом диапазоне. Дрейф \(U_4\) заметнее, но он должен быть ПТ-типа, чтобы понизить по возможности ток разряда конденсатора. Отметим, что ошибки на выходе \(U_4\) усиливаются на величину коэффициента усиления \(U_3\) и классифицируются поэтому бюджетом как входные ошибки.

Подчеркнём основной принцип разработки, вытекающий из этого примера: работа над проблемами, выбор схемных решений и компонентов ведётся в направлении снижения ошибок до приемлемых значений. Наличие издержек и компромиссов подразумевается, как и некоторый набор возможностей, зависящих от внешних факторов ( например, использование в качестве \(U_2\) усилителя с ПТ будет предпочтительнее при импедансе источника большем 10 kΩ ).

15 В цифрах картина выглядит так. Максимальный ток собственного потребления LF412 составляет 6.5 mA , т.е. при питании ±15 V это означает 195 mW рассеиваемой мощности. Для корпуса DIP-8 с тепловым сопротивлением \(R_<\Theta JA>\)=115°C/W повышение температуры составит 22°C . Это означает, что исходный входной ток \(I_b\)=200 pA(max) увеличивается в четыре раза. Если усилитель работает на нагрузку, нагрев только увеличивается. Чтобы получить примерную оценку, следует считать, что для снижения ошибки от саморазогрева ниже уровня 1 mV нагрузка усилителя должна быть выше 1 MΩ . 16 В предыдущем издании книги отмечались параметры MAX400M, имевшего \( V_\)=10 μV для наихудшего случая, завершавшиеся уверенным: «Мы ожидаем увидеть прогресс в этой области». Жизнь внесла свои коррективы, и ныне сайт фирмы Maxim говорит о MAX400M следующее:

Источник