4.2.3. Погрешности (ошибки) ис – ду

Даже при очень тщательной от­работке технологии производства ИС есть сложности в получении пары полностью идентичных интегральных транзисторов. В ИС-ДУ использу­ют пары транзисторов (VI, V2, см. рис.4.7),различие в пара­метрах которых может достигать 5-10 % [7].Это приводит к тому, что реальный ДУ оказывается несбалансированным при отсутствии входного сигнала. На рис.4.9приведены выходные характеристики реального (кривая 1)и идеального ДУ (кривая 2).Реальная ха­рактеристика смещена по отношению к идеальной на величину входно­го напряжения смещения нуляU_cм0(положительного или отрицательно­го). НаличиеU_cм0означает, что при отсутствии сигнала на входе (U_д = 0)характеристика 1не проходит через нуль (U_вых ), а имеется напряжение ошибкиU_выхна выходе. Чтобы сбалансировать реальный ДУ при отсутствии сигнала (сделатьU_вых = 0),на вход усилителя при помощи специальной схемы балансировки подается напряжениеU_cм0.Входное напряжение смещенияU_cм0 является параметром ДУ и во многом определяет его качество. ВеличинаU_cм0находится в пределах 1 – 10мВ [ 2,7].

Рис. 4.9

U_см0

0

U_вых

∆U_вых

U_вх

Причин появления ошибки несколько. Основная причина –некоторая неидентичность следующих параметров пары транзисторов:

1.Различие входных характеристик транзисторовV1, V2 (рис.4.10, а). При равных токах баз (i_б1= i_б2)напряжения на базахU_б1, U_б2отличаются наU_б.

2.Различие коэффициентов усиления тока базы, ₁  ₂.При одинаковых токах эмиттера, равных I₀ / 2,требуются разные токи баз,I_б1  I_б2(рис. 4.10,б),а это приводит к разнице базовых напряжений на U_б.Разность входных токов I_б является параметром ДУ и составляет доли микроампера.

3.Различие коллекторных сопротивлений (не превышает 1 %). При этом для балансировки необходимо также неравенство токов коллекторов, I_к1  I_к2,поскольку для балансировки требуется равенство I_к1R_к1 =I_к2R_к2. Следовательно, требуется допол­нительно вводить в базовую цепь смещениеU_б'''. Сумма составляющихU_б, U_б, U_б''' со своими знаками ипредставляет, в основном, величинуU_см0 :

U_см0 = U_б + U_б U_б. (4.23)

Это постоянная ошибка во входной цепи. Ее легко скомпенсировать, как будет показано ниже.

Существенное влияние на показатели качества ИС-ДУ оказыва­ет температурный дрейф нуля, который определяется температурным дрейфом разности базовых напряженииU_б / T. У высококачествен­ных ДУ ΔU_б /Tне превышает 1 – 5мкВ/град [6,7].

Кроме указанных ошибок вклад в общую ошибку ДУ могут вносить ошиб­ка от синфазного сигнала, ошибки от колебаний источников пита­ния E_п, E_э, временный дрейф входного тока и входного напряже­ния[7].

Балансировка ИС-ДУ. Основную долю вU_см0 вносятU_б, ΔI_б(см. рис.4.10). Минимальную ошибку можно получить при раздель­ной компенсацииU_б, ΔI_б(ΔU_б).Однако схема балансировки при раздельной компенсации получается слишком сложной. На прак­тике часто используется более простая схема балансировки (рис. 4.11),обеспечивающая достаточно хороший результат.

Необходимое напряжение для компенсации снимают с потенциометра R4 и подают на один из входов (вход 2на рис.4.11).Потенцио­метрR4 должен обеспечить получение разнополярного напряжения компенсации, для чего в среднем положении движка потенциометра напряжение на нем должно быть равно нулю по отношению к общей точке. Резистор R3имеет большое сопротивление (R₃ >> R₂). Для точной балансировки имеет значение соотношение эквивалентных сопротивленийR_экв1, R_экв2входов 1 и 2 с учетом всех внеш­них резисторов (R1, R2, R3и т.д.) и входного дифференциального сопротивленияR_вх.д.Например,R_экв2 = R₂R₃R_вх.д. Опти­мальное соотношениеR_экв1иR_экв2зависит от величины разност­ного входного тока _б ,и для каждого ДУ имеется свое оптималь­ное соотношение. Поэтому практически обеспечить оптимальное соот­ношение трудно. Хороший результат получается и при равенстве

R_экв1 = R_экв2, (4.24)

которое и рекомендуется выполнять во всех случаях, если не уда­ется или нецелесообразно получение оптимального соотношения.