Встроенная схема компенсации токов смещения в ОУ с биполярными входами

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 использование согласующего резистора для уменьшения влияния тока смещения за счет выравнивания  сопротивлений по входам операционного усилителя. При этом я пришел к выводу, что такое решение зачастую не так уж и эффективно, и даже может даже нанести ущерб другим параметрам схемы.

В заключении к предыдущему разделу я сказал, что есть определенные операционные усилители, для которых использование согласующего резистора не рекомендуется. Это касается ОУ с биполярными входами со встроенной компенсацией входного тока смещения. Их источники тока, I1 и I2, формируют ток базы для пары входных транзисторов (рисунок 24). Эти тщательно согласованные токи, полученные с помощью токовых зеркал, закачиваются в базы транзисторов через входы ОУ.

Рис. 24. Биполярные входы ОУ со встроенными источниками тока, используемыми для устранения входных токов смещения

Рис. 24. Биполярные входы ОУ со встроенными источниками тока, используемыми для устранения входных токов смещения

Хотя эти токи и соответствуют значениям токов базы транзисторов (обычно отклонение находится в пределах нескольких процентов), все-таки это соответствие не идеальное. Разница меду ними определяет небольшой остаточный входной ток смещения, который может быть положительным или отрицательным. Величины остаточных токов для каждого из входов могут сильно отличаться, и даже иметь противоположную полярность. Получение каких-либо преимуществ от согласования сопротивлений (как показано на рисунке 25) будет зависеть от согласования внутренних токов. Таким образом, наличие встроенной схемы компенсации тока делает использование согласующего резистора бессмысленным.

Рис. 25. Схема включения ОУ с согласующим резистором, подключенным к неивертирующему входу

Рис. 25. Схема включения ОУ с согласующим резистором, подключенным к неивертирующему входу

Какие операционные усилители имеют встроенную схему компенсации токов смещения, а какие нет? В технической документации информация об этом зачастую отсутствует. Однако обнаружить ее можно по косвенным признакам, изучая характеристики входного смещения.

В таблице 4 приведены характеристики входного напряжения смещения для малошумящего операционного усилителя OPA209 со встроенной схемой коррекции тока смещения. Можно заметить, что величина тока смещения указана с помощью символа ±, это значит, что ток может протекать в любом направлении. В нашем случае это первый намек. Также стоит обратить внимание на то, что ток сдвига (offset current) имеет ту же величину, что и входной ток смещения (у данного операционного усилителя они практически равны). Эти особенности показывают, что этот ОУ имеет внутреннюю схему коррекции тока смещения.

Таблица 4. Характеристики входных токов для OPA209 (со встроенной компенсацией тока смещения)

Входной ток, нА Мин. Тип. Макс.
Входной ток смещения, нА ±1* ±4,5**
Входной ток сдвига, нА ±0,7 ±4,5**
* Знак ± означает, что ток смещения может протекать в обоих направлениях
** Ток сдвига такой же или близкий по значению току смещения

В таблице 5 показаны гипотетические характеристики усилителя OPA209, которые он мог бы иметь, если бы у него не было схемы коррекции тока смещения. Можно отметить гораздо более высокие значения токов смещения. И теперь величина тока сдвига намного меньше, так как токи смещения двух входов практически равны. В зависимости от конкретной схемы включения и конкретного приложения для этого гипотетического операционного усилителя может быть использован согласующий резистор, как это показано на рисунке 24.

Таблица 5. Характеристики входных токов для того же ОУ, если бы у него не было встроенной компенсации

Входной ток Мин. Тип. Макс.
Входной ток смещения, нА 40 80*
Входной ток сдвига, нА 1,5 5**
* Ток сдвига IOS = (IB+) – (IB-)
** Ток сдвига намного меньше тока смещения

Встроенные схемы компенсации токов смещения обычно используются в точных и малошумящих биполярных ОУ, которые в противном случае имели бы весьма высокие значение входных токов. Встроенная схема компенсации делает эти усилители полезными в более широком спектре приложений.

Вы когда-либо проектировали схемы, которые полагаются на известное направление протекания входных токов смещения? С рассмотренными выше усилителями это было бы не совсем разумно…

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
  9. Температурная зависимость входного тока смещения и случайный вопрос на засыпку
  10. Использование входных резисторов для устранения входного тока смещения. Действительно ли они нужны?
•••

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, ...читать далее

Товары
Наименование
OPA209AIDBVT (TI)
OPA209AIDBVR (TI)
OPA209AIDR (TI)
OPA209 (TI)
OPA209AID (TI)
OPA209AIDGKR (TI)
OPA209AIDBV (TI)
OPA209AIDGKT (TI)