Operational Amplifier Inputs

Когда входной ток смещения ОУ представляет интерес?
В какой конфигурации минимальное напряжение смещения?

Входы операционных усилителей (ОУ) широко различаются по структуре и характеристикам. Эта статья, как введение в описание входов ОУ, может оказать помощь при определении типа входной структуры при использовании таблицы параметров.

В таблице приведены основные характеристики различных типов входных каскадов современных ОУ, и для каждого типа структуры описываются ее преимущества и недостатки.

Тип входного каскада ОУ	Напряжение смещения V_OS	Ток смещения I_B	Ток сдвига I_OS	Темп. коэф. тока смещения TC_IB	Комментарии
PNP	100мкВ…2мВ	100нА…1мА	10% I_B	<20%	общие характеристики; отрицательное напряжение питания
NPN	10мкВ…1мВ	100нА…1мкА	10% I_B	<20%	обычно используется в прецизионных усилителях с двухполярным питанием
Rail-to-Rail	500мкВ…5мВ	±100нА…1мкА	50% I_B	<40%	используются PNP и NPN транзисторы; I_B изменяет полярность при различных V_CM
CMOS–P	1мВ…20мВ	±10пА…1нА	=I_B	10 раз на 30°	минимальный I_B; общие характеристики; отрицательное напряжение питания
CMOS–N	1мВ…20мВ	±10пА…1нА	=I_B	10 раз на 30°	похожие характеристики с CMOS–P; двухполярное питание
CMOS Rail-to-Rail	1мВ…20мВ	±10пА…1нА	=I_B	10 раз на 30°	используются p- и n-канальные транзисторы; меньший I_B, но большее V_OS по сравнению с биполярным Rail-to-Rail
Другие разновидности входных каскадов
NPN с компенсацией I_B	10мкВ…200мкВ	±10нА…100нА	50% I_B	<40%	внутреннее токовое зеркало используется для компенсации I_B
ОУ с токовой обратной связью	500мкВ…5мВ	±100нА…10мкА	–	<40%	высокоскоростные; ограниченый диапазон использования сопротивлений обратной связи
JFET ОУ	500мкВ…2мВ	±10пА…1нА	=I_B	10 раз на 50°	редко встречающийся; близок к идеальному
JFET буфер	500мкВ…10мВ	±10пА…1нА	–	10 раз на 50°	очень большое входное сопротивление

1. Напряжение смещения V_OS – параметр свойственный любому неидеальному ОУ; показывает, какое напряжение необходимо подать на вход ОУ, чтобы выходное напряжение оказалось равным нулю;

2. Ток смещения I_B – среднеарифметическое от входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов;

3. Ток сдвига I_OS – разность входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов;

4. Температурный коэффициент тока смещения TC_IB – параметр, показывающий во сколько раз увеличится ток смещения ОУ при увеличении температуры. CMOS и JFETимеют очень высокий коэффициент – ток смещения увеличивается в 10 раз при увеличении температуры на 30-50.

Входные каскады с PNP-транзисторами наиболее часто применяются из-за малых напряжения и тока смещения, а также возможности работы с однополярным питанием. Все большее место отвоевывают себе так называемые Rail-to-Rail ОУ, т.е. ОУ с диапазоном выходного сигнала практически совпадающим с диапазоном питания.

В общем случае, если разработчику необходимо малое напряжение смещения, то ему необходимо использовать ОУ с входными каскадами на биполярных транзисторах, если необходим высокий входной импеданс, то требуется ОУ с входными каскадами на CMOS -транзисторах. Входные каскады на CMOS-транзисторах с успехом могут заменить входные каскады на JFET-транзисторах; ОУ на последних очень дороги.