г Si, S4 и S5 замыкаются. В результате этого выходное напряжение А2 становится равным нулю. В противоположном положенин переключателей происходит усиление входного сигнала с коэффициентом 1+-2/-1. Компенсирующее напряжение прикладывается ко входу А2, поэтому результирующее напряжение смещения нуля уменьшается в Ku2 раз, где К U2 - коэффициент усиления А2. Напряжение, хранимое на конденсаторе С1, Uci = KviKu2Ucynl {\+Ku2) + Ucuz, где f/cMi и Ьсмз - напряжения смещения нуля усилителей Al и A3; Kuz = l. Поскольку компенсирующее напряжение вводится после первого каскада усиления, влияние ошибки, вносимой УВХ (элементы A3, С1, S5), значительно снижается.

Описанный принцип реализован в полупроводниковом ОУ НА-2900 (фирма Harris) с биполярными и МОП-транзисторами на одном кристалле. Этот усилитель наряду с отличными входньпми характеристиками ((/см = 50 мкВ, /см=10~ нА) имеет достаточно высокое для ОУ общего применения быстродействие (fr около 3 МГц и у = 2,5 В/мкс при Ки=10). До появления ОУ типа НА-2900 дифференциальные усилители с импульсной стабилизацией проектировались на обычных ОУ, интегральных коммутаторах и отдельных МОП-транзисторах. Однако большинство этих :хем довольно громоздки и слолшы в управлении. Кроме того, нх проектирование обычно усложнялось проблемами устойчивости из-за использования последовательного соединения нескольких усилительных каскадов на ОУ.

Входные токи, их температурный дрейф и компенсация. Входные токи ОУ, протекая через цепи источников входных сигналов, создают разницу AU падений напряжений на их внутренних сопротивлениях Rvi и Rr2, равную AU=It,xiRti-/вх2/?г2. Обозначим:

вх1 = /вх-/р/2; /вх2 = /вх + /р/2. Тогда AU = hiRr2-Rrl) +

i-If{Rr2+Rn)/2.

Входные токи ОУ на биполярных транзисторах и их темпера-гурные зависимости в основном определяются коэффициентом передачи базового тока и его температурным дрейфом: /вхЛ/г/Лгь; ?рЛ/вх(ДЛ2,э г2.э); dh/dT - {dh2i,/dT)hJh2 ; dljdTx {dh2,l iT)Ipjh2io, где Д/121Э - технологический разброс Л21Э. Темпера-гурная зависимость обусловлена изменением времени жизни не-эсновных носителей в базе. Зависимость /1213 от температуры мож-10 аппроксимировать двумя прямыми в диапазоне отрицательных i положительных температур. Благодаря этому запись и расчет гемпературных дрейфов входных токов упрощаются: dhx/dT = = С/вх {Т = 25°С); dlp/dT=CIp (7 = 25°С), где

-0,005%/Х при Т>25°С;

-0,157о/°С при 7<25°С.

В ОУ с полевыми транзисторами на входе токи на несколько :орядков меньше, однако их зависимость от температуры гораздо ;ильнее. В ОУ используются обычно полевые транзисторы с р-п-1ереходом, ток затвора которых определяется в основном токами течки через обратно-смещенные переходы. Этот ток для кремни-

евых тнзисторов обусловлен термогенерацией в зоне простран-ственногЬ заряда,-пропорционального объему этой зоны, который, в свою очередь, пропорционален корню квадратному от запирающего напряжения. Входной ток определяется из выражения /ех = = !слоУиз.с + Us.h)I2Vcm, где /с.ио -ток затвора, измеряемый в режиме короткого замыкания между стоком и истоком при некотором напряжении t/с.и. Для идентичных полевых транзисторов в ДУ разностный входной ток будет определяться рассогласованием величин /с.ио, а входные токи ОУ с полевыми транзисторами на входе удваиваются на каждые 6° С, реально жена каждые 10°С /вх (Л = /вх (Т=25°С) 2(-25°С)/10

Подобную зависимость от температуры имеет и разностный ток. Уменьшение входного тока при низкой температуре обычно меньше ожидаемого из-за тока утечки по корпусу микросхемы. Несмотря на то, что при высоких температурах входные токи в ОУ с полевыми транзисторами на входе достигают значительной величины, они все же меньше, чем у большинства ОУ на биполярных транзисторах. Некоторые преимущества имеют только ОУ (например, 140УД6 и 140УД14) с супер-бета транзисторами на входе (биполярные транзисторы с Л21э~10), когда требуется высокая стабильность входного тока в широком диапазоне температуры.

Уменьшения ошибки, вызванной входными токами, проще всего достичь, выравнивая суммарные сопротивления резисторов, подключенных ко входам ОУ. Такая компенсация входного тока удобна при постоянном сопротивлении резистора Ro.c в цепи обратной связи. Если сопротивление Ro.c изменяется, требуется новое выравнивание, в противном случае компенсация нарушается. Для устранения этого недостатка в ОУ на биполярных транзи-

Рис. 1.12. Компенсация входного тока инвертирующего (а) и неинвертирующего (б) усилителей

сторах в инвертирующем включении применяется схема, показанная на рис. 1.12,а. В цепь инвертирующего входа включается биполярный транзистор, который отличается по типу проводимости от транзисторов входного каскада ОУ. Входной ток при любом сопротивлении резистора R2 регулируется потенциометром. Сопротивление /?о выбирается таким образом, чтобы входной ток ОУ

лежал в диапазоне изменения базового тока транзистора при регулировке сопротивления потенциометра.

Одного транзистора достаточно для компенсации входного тока в инвертирующем включении ОУ благодаря тому,/что напряжение инвертирующего входа близко к нулю. При инвертирующем включении ОУ напряжение на неинвертирующем входе может изменяться в широком диапазоне, а эмиттерный ток компенсирующего транзистора должен оставаться постоянным. Схема, удовлетворяющая этим требованиям, показана на рис. 1.12,6. Транзисторы VT1 и VT2 образуют генератор тока, регулируемого резистором R3. Генератор тока задает эмиттерный и, следовательно, базовый ток транзистора VT3, компенсирующий ток неинвертирующего входа. При использовании усилителя с п-р- -транзисторами на входе транзисторы должны быть р-п-р-типа, и наоборот. Для уменьшения влияния температурного дрейфа входных токов необходимо применять компенсирующие транзисторы, имеющие идентичные со входными транзисторами ОУ температурные характеристики. Самый очевидный способ уменьшения влияния температурного дрейфа входных токов вытекает из характера их температурной зависимости при низкой и высокой температурах. Как было показано выше, ОУ на биполярных транзисторах имеют минимальный дрейф при высокой температуре, а ОУ с полевыми транзисторами на входе - при низкой температуре. Это необходимо учитывать, выбирая тип ОУ для той или иной аппаратуры либо искусственно создавая внешние условия для получения минимального дрейфа входного тока данного ОУ.

Увеличение входного сопротивления ОУ. Входное сопротивление Rbx ОУ на биполярных транзисторах в неинвертирующем включении не превышает 10 Ом. Для большинства применений ОУ этого достаточно. Однако в ряде случаев применяются генераторы сигналов, у которых /?г=1010 Ом. Чтобы ОУ не влиял на работу таких генераторов, требуются дополнительные меры по увеличению R\x-

Существенно увеличить входное сопротивление ОУ на биполярных транзисторах можно, включив на его вход буферный ДУ на согласованных полевых транзисторах. Для уменьшения токов утечки по высокоомным входам (или по входам любого другого ОУ на полевых транзисторах) предусматривают низкоомные охранные кольца, размещенные на печатных платах вокруг входных выводов ОУ. Охранное кольцо, подключаемое к точке, изменения напряжения которой совпадают по фазе со входным сигналом, захватывает возможные токи утечки по плате.

В инвертирующем включении ОУ входное сопротивление определяется внешним резистором. Если требуется одновременно получить большие усиление и входное сопротивление, то применяют высокоомные резисторы в цепи ОС. Вследствие этого усилитель становится склонным к самовозбуждению. Использование Т-образного соединения резисторов в цепи ОС (рис. 1.13,а) позволяет получить эквивалентный высокоомный резистор в цепи ОС при