Входной импеданс против входного тока смещения

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

Когда я помогаю выбирать операционные и инструментальные усилители, то часто слышу фразу: «Мне требуется по-настоящему высокий входной импеданс».

На самом деле входное сопротивление редко доставляет настоящие проблемы. (Входная емкость, реактивная часть входного импеданса – другое дело). Вместо этого чаще всего требуется малый входной ток смещения (input bias current, IB). Да, эти параметры связаны между собой, но есть важные отличия. Давайте с ними разберемся.

Самая простая модель входа может быть представлена в виде схемы с параллельным включением источника тока (входной ток смещения) и входного резистора (рисунок 15). Наличие резистора приводит к тому, что ток меняется при изменении напряжения. Входной ток смещения – это входной ток, измеренный при конкретном входном напряжении, обычно – при напряжении средней точки.

Рис. 15. Простейшая модель входа ОУ

Рис. 15. Простейшая модель входа ОУ

Входное сопротивление является мерой изменения входного тока при изменении входного напряжения. Ток входного смещения может быть на уровне одного ампера, а входное сопротивление – по-прежнему иметь чрезвычайно высокое значение.

Компания Texas Instruments часто приводит типовой график зависимости входного тока смещения от синфазного напряжения. Несколько примеров показано на рисунке 16: как видим, данная зависимость – это не совсем прямая линия. Обратите внимание, что OPA211 – операционный усилитель с биполярными входами (bipolar junction transistor, BJT) со встроенной схемой компенсации входного тока смещения. Схема компенсации значительно уменьшает ток смещения, который, тем не менее, все еще остается довольно значительным. Входной ток смещения OPA211 и высокий уровень шума делают его непригодным для работы с источниками сигнала с собственным сопротивлением более 10 кОм. Однако входное сопротивление этого ОУ 1,3 ГОм редко становится источником проблем.

Рис. 16. Зависимость входного тока смещения от синфазного напряжения

Рис. 16. Зависимость входного тока смещения от синфазного напряжения

ОУ OPA320 – КМОП-усилитель, имеющий сверхмалый входной ток смещения, который, в первую очередь, определяется токами утечки встроенной схемы защиты от электростатического разряда (ESD). Эти токи утечки достигают максимума вблизи граничных значений диапазона входных напряжений. Когда требуется обеспечить очень малый входной ток смещения, лучше всего выбирать КМОП ОУ и ОУ на базе полевых транзисторов с управляющим pn-переходом (JFET op amp). Конечно, для них входное сопротивление также велико, но, как правило, это не является самым важным фактором при выборе усилителя.

Существует несколько причин, по которым большой входной ток смещения играет отрицательную роль в точных аналоговых схемах. Протекая через сопротивление источника сигнала или через сопротивление цепи обратной связи, он формирует входное напряжение смещения IB·RS. При протекании этого тока через некоторые типы датчиков и химические элементы, такие, например, как pH-зонды, он может поляризовать электроды, приводить к появлению погрешностей и даже неустранимых повреждений. В схеме интеграторов входной ток смещения будет заряжать конденсатор интегрирующей цепочки, что вызовет нарастание выходного напряжения при нулевом входном сигнале.

В зависимости от степени чувствительности схемы ко входному току смещения, величина этого тока может стать решающим фактором при выборе усилителя. Следует обязательно ознакомиться с типовыми графиками зависимости входного тока смещения от входного напряжения ОУ, особое внимание уделяя целевому диапазону напряжений. Влияние нагрева на поведение ОУ с КМОП и JFET-входами может быть очень значительным, так как ток смещения для них обычно резко возрастает с повышением температуры.

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
•••

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
OPA320AIDBV (TI)
OPA320AQDBVTQ1 (TI)
OPA320AIDBVR (TI)
OPA320SAIDBVR (TI)
OPA320AIDBVT (TI)
OPA320SAIDBVT (TI)
OPA320AQDBVRQ1 (TI)
Рубрики: