йзМенеййе напрйжения сАШа всего на 30 -икВ, в то время как такое же изменение сопротивления коллекторных резисторов в стандартном дифференциальном усилителе приводит к изменению сдвига на 300 мкВ. Наконец, в данной ИМС имеется возможность задавать рабочий ток, выбирая соответствующие значения сопротивлений цепи настройки нуля.

3.4. МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МАЛОГО ДРЕЙФА

Использование усилителя с очень малым дрейфом имеет некоторые особенности и затрудняет проверку схемы. Многие источники ошибок способны вызвать заметный дрейф схемы, намного превышающий ожидаемое значение. В ряде случаев входной сигнал ОУ может быть полностью перекрыт внешними эффектами, сводящими на нет способность усилителя обеспечивать малый дрейф.

Наиболее серьезные помехи создают термоэлектрические эффекты, возникающие в результате установления градиента температур вдоль проводников из разнородных металлов. Термопара образуется везде, где соединяются разнородные металлы. Напряжение, развиваемое этой термопарой, пропорционально разности температур между точкой соединения этих металлов и местом, в котором производится измерение. Это напряжение может составлять в зависимости от вида металла до нескольких сот микровольт на градус ЦельсияВ любой системе с применением ИМС можно обнаружить как минимум три различных металла (или сплава); медь, припой и ковар (сплав, используемый для выводов ИМС).

Номинально почти все части схемы имеют одинаковую температуру. Однако даже на расстоянии в несколько сантиметров может иметь место небольшая разность температур, и при малом уровне сигналов это является большой проблемой. Обычно термоэлектрические эффекты проявляются в двух местах: на соединительных участках выводов ИМС с печатным монтажом и на резисторах (при наличии градиента температур вдоль них). Делая выводы ИМС возможно короче и размещая два входных проводника как можно ближе друг к другу, можно в значительной мере способствовать решению этой проблемы.

См. [3] в списке дополнительной литературы. - Прим. ред. 5* 67

Для примера был построен усилитель с о*1ень малым дрейфом и проведены наблюдения его выходного сигнала в течение 1 мин. Было замечено, что за это время схема давала приведенные ко входу вариации напряжения сдвига ±5 мкВ. Оградив схему от колебаний воздуха в помещении, удалось снизить эту ошибку до dzO,5 мкВ. Ошибка в 10 мкВ была, таким образом, обусловлена градиентом температур, вызванным перемещениями воздуха.

Для минимизации термоэлектрических эффектов важны как выбор типа резистора, так и его расположение на схеме. Углеродистые, оксидно-пленочные и некоторые металлопленочные резисторы могут быть источниками больших ошибок такого рода. Наилучшие результаты дают проволочные резисторы из материалов типа эваном или из манганина, так как в сочетании с медью они развивают термо-ЭДС всего 2 мкВ/°С. Разумеется, столь же важно поддерживать одинаковую температуру на обоих выводах резистора. Вообще говоря, хорошие результаты для каскада с малым дрейфом дает электрическое и тепловое экранирование последнего.

Наряду с генерацией термо-ЭДС резисторы могут давать и другие ошибки. Если резисторы, задающие коэффициент усиления схемы, не отслеживают температурные изменения, то результатом будет ошибка коэффициента усиления. Например, при коэффициенте усиления 1000 и постоянном сигнале -на входе 10 мВ усилитель будет выдавать сигнал 10 В. Если во всем диапазоне рабочих температур соотношение сопротивлений резисторов, определяющих коэффициент усиления схемы, изменяется на 0,5%, то ошибка на выходе составит 50 мВ, что соответствует отнесенной ко входу ошибке 50 мкВ. При изготовлении особо точных резисторов с различными сопротивлениями используются разные материалы. Поэтому неудивительно, что резисторы, сопротивления которых отличаются в 1000 раз, не отслеживают абсолютно точно все изменения температуры. Для получения наилучших результатов резисторы, определяющие коэффициент усиления; должны быть изготовлены из одного и того же материала или по крайней мере иметь одинаковый ТКС.

Столь же трудны и испытания усилителей с малым дрейфом. Стандартные методы испытаний, так же как и

Термостат

Рис. 3.3. Схема рения дрейфа.

нагреЁ микросхемы паяльником или в термостате с выводом проводников через соединитель, здесь не работают. Перепады температуры дадут ошибку, намного превосходящую дрейф самого усилителя. Особенно плохо подавать через соединитель сигналы порядка микровольт, так как разность температур по обе стороны разъема может достигать 50°С и более. Проверяемое устройство вместе с определяющими усиление резисторами должны находиться в изотермических условиях. Учитывая все сказанное, можно предложить схему, показанную на рис. 3.3, которая при тщательном исполнении дает хорошие результаты.

Соедина-тель

>-

ПОМЕЩЕ-

наЕ для изме-

3.5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИМС LM121

Спецификация параметров LM121 несколько затруднительна, так как его рабочие токи программируются в широком диапазоне. Изменение рабочего тока меняет коэффициент усиления ИМС, ток смещения и ток сдвига- три критичных для системы высокой точности параметра. Однако напряжение сдвига и его дрейф от уровня рабочего тока практически не зависят.

На рис. 3.4 и 3.5 приведены графики зависимости токов смещения и сдвига и коэффициента усиления от установки рабочего тока. Независимо от значения рабочего тока гарантируется дрейф не более 1 мкВ/°С.

При настроенном нуле LM121 имеет в диапазоне температур от -55 до -f-125°C дрейф напряжения сдвига менее 1 мкВ/°С. Для достижения столь малого дрейфа важно, чтобы нуль усилителя был настроен как можно точнее, так как дрейф прямо пропорционален напряжению сдвига (каждый милливольт сдвига дает дрейф 3,6 мкВ/°С). Например, при напряжении сдвига 100 мкВ дрейф будет равен около 0,4 мкВ/°С, т. е. вдвое меньше гарантируемого паспортного значения. Этот дрейф точно предсказуем, и его даже можно использовать для компенсации дрейфа в системе (если таковой имеется). На рис. 3.6 представлена зависимость дрейфа от напряже-