Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку

3 октября 2018

телекоммуникациисистемы безопасностипотребительская электроникаответственные применениялабораторные приборыTexas Instrumentsстатьяинтегральные микросхемысредства разработки и материалы

Статья является частью руководства, посвященного практическим аспектам и особенностям проектирования электроники с использованием операционных усилителей (ОУ) – от выбора типа ОУ до тайных приемов опытного разработчика и хитростей отладки. Руководство написано Брюсом Трампом, инженером-разработчиком с почти тридцатилетним стажем, успевшим до Texas Instruments поработать в легендарной компании Burr-Brown. В настоящее время Трамп является ведущим блогером информационного ресурса Texas Instruments “E2E” по аналоговой тематике и готовит к печати книгу об операционных усилителях.

Мы публикуем перевод руководства Трампа на нашем сайте регулярно – дважды в месяц.

Подписаться на получение уведомлений о публикации новых глав

В предыдущей статье я рассмотрел причины возникновения входного тока смещения в усилителях с КМОП- и JFET-входами, и обнаружил, что ими являются токи утечек обратно смещенных p-n-переходов. В заключении я предупредил, что эти утечки значительно увеличиваются с ростом температуры.

Ток утечки обратно смещенного p-n-перехода имеет сильную положительную температурную зависимость. Он практически удваивается при увеличении температуры примерно на каждые 10°C. Эта экспоненциальная зависимость ускоренно нарастает, как показано на нормализованном графике на рисунке 20. При 125°C величина утечки в 1000 раз больше, чем при комнатной температуре.

Рис. 20. Ток утечки обратно смещенного p-n-перехода практически удваивается при увеличении температуры на каждые 10°C

Рис. 20. Ток утечки обратно смещенного p-n-перехода практически удваивается при увеличении температуры на каждые 10°C

Скорость роста токов утечки зависит от диодных характеристик, обычно удвоение происходит в диапазоне 8…11°C. Повышение тока смещения при высоких температурах может быть серьезной проблемой в некоторых схемах. В таких случаях следует выбирать операционные усилители КМОП и JFET с очень низким начальным входным током смещения. Иногда можно достичь более малого значения тока смещения при высоких температурах с помощью операционных усилителей с биполярными входами, которые не имеют такого резкого увеличения токов утечки при высоких температурах.

Значение тока утечки обычно уменьшается при более низких температурах, но здесь может сказаться наличие других источников утечки. Эти источники могут иметь разные температурные зависимости. Честно говоря, о поведении входов при температуре ниже комнатной известно меньше, потому что большую озабоченность вызывают токи утечки именно при повышенной температуре. Однако не стоит быть излишне уверенным в поведении ОУ при температурах значительно ниже комнатной, так как при этом появляется возможность осаждения конденсата, и поверхностные токи утечки очень быстро увеличиваются.

Как обсуждалось в предыдущей статье, входной ток смещения большинства ОУ с КМОП-входами возникает из-за разницы в значениях токов утечки двух ограничительных диодов, подключенных к выводам питания. Даже в идеальном и совершенно сбалансированном мире разница между двумя почти равными токами утечки по-прежнему имеет экспоненциальную зависимость от температуры, просто она начинает свой рост с более малого значения. Полярность тока утечки не является определенной. При небольших изменениях в поведении диодов ток может поменять направление при определенной температуре (представленный на рисунке 20 логарифмический график показывает абсолютное значение без знака).

Итак, какие выводы можно сделать из всего вышесказанного? Если очень низкий входной ток смещения является критическим параметром для схемы с КМОП-усилителем, то следует внимательно ознакомиться с динамикой его изменения при увеличении температуры. Необходимо изучить все характеристики и графики типовых зависимостей. Важно избегать размещения чувствительных схем вблизи источников тепла. При необходимости стоит проводить свои собственные измерения. Для особо ответственных приложений существуют специальные усилители со сверхмалым входным током смещения. Они используют схему защиты с уникальной структурой соединений для достижения входных токов в диапазоне 3 фА при комнатной температуре, что на три порядка ниже, чем у устройств общего назначения.

Примеры:

  • LMP7721 – КМОП-усилитель со входным током смещения 3 фА;
  • INA116 – инструментальный усилитель с ультрамалым входным током смещения 3 фА.

Вопрос на засыпку: что означают черные полосы на корпусе пленочных конденсаторов, изображенных на рисунке 21?

Рис. 21. Каково назначение черных полос на корпусе пленочных конденсаторов?

Рис. 21. Каково назначение черных полос на корпусе пленочных конденсаторов?

Оригинал статьи

Список ранее опубликованных глав

  1. Диапазоны входных и выходных рабочих напряжений ОУ. Устраняем путаницу
  2. Что нужно знать о входах rail-to-rail
  3. Работа с напряжениями близкими к земле: случай однополярного питания
  4. Напряжение смещения и коэффициент усиления с разомкнутым контуром обратной связи — двоюродные братья
  5. SPICE-моделирование напряжения смещения: как определить чувствительность схемы к напряжению смещения
  6. Где выводы подстройки? Некоторые особенности выводов коррекции напряжения смещения
  7. Входной импеданс против входного тока смещения
  8. Входной ток смещения КМОП- и JFET-усилителей

Перевел Вячеслав Гавриков по заказу АО КОМПЭЛ

•••

Наши информационные каналы

О компании Texas Instruments

В середине 2001 г. компании Texas Instruments и КОМПЭЛ заключили официальное дистрибьюторское соглашение, которое явилось результатом длительной и успешной работы КОМПЭЛ в качестве официального дистрибьютора фирмы Burr-Brown. (Как известно, Burr-Brown вошла в состав TI так же, как и компании Unitrode, Power Trend и Klixon). С этого времени компания КОМПЭЛ получила доступ к поставке всей номенклатуры производимых компанией TI компонентов, технологий и отладочных средств, а также ...читать далее

Товары
Наименование
LMP7721MA/NOPB (TI)
LMP7721MA (TI)
LMP7721MAX/NOPB (TI)
LMP7721MAEVALMF/NOPB (TI)
LMP7721MAEVALMF_NOPB (TI)
INA116PAG4 (TI)
INA116UA (TI)
INA116P (TI)
INA116UAG4 (TI)
INA116PA (TI)