1 У транзисторов со сверхвысоким усилением по току (так называемых: супер--транзисторов) р достигает значения 5000 при токе коллектора 1 мкА, а напряжение пробоя коллекторного перехода составляет несколько

вольт [11].

Есть два прямых метода уменьшения входного тока смещения: 1) за счет уменьшения тока 7 и 2) путем увеличения коэф.- фициента усиления по току р. Оба метода находят применение, однако они имеют свои олраничения.

Низкие значения коллекторных токов в рабочей точке не позволяют получить большую частоту единичного усиления и дают в результате малую входную и довольно часто малую выходную скорости нарастания, а также большое напряжение шумов. Кроме того, все достоинства данного метода в значительной степени исчезают в результате уменьшения коэффициента усиления транзистора по току при малых значениях коллектора ного тока.

Большого усиления по току можно достичь, уменьшая толщину базы. Это, однако, ведет к уменьшению напряжения пробоя коллекторного перехода и увеличению проводимости этого перехода. Для операционных усилителей общего применения типичными являются значения =100 и 7 = 20 мкА. При этом входной ток смещения /см? 100 нА.

В дополнение к оказанному входной ток сдвига зависит от относительной разности коэффициентов усиления обоих транзисторов. В приведенном случае при Ар/р=10% ток сдвига /сдв =10 нА.

Температурный дрейф входного тока смещения

[ddT - dllldT) (3.30)

обусловлен в первую очередь увеличением усиления по току входных транзисторов с ростом температуры. Полученная на, основе экспериментальных данных и носящая информативный характер оценка [12] с?р/§с?Г=-f 1 %/°С показывает, что при увеличении температуры на каждый градус коэффициент усиления по току увеличивается приблизительно на 1%. Имея это в виду, можно записать, что основная компонента температурного дрейфа

dIJdT=.-\%rCxI,, (3.31)

т.е. в приведенном выше численном примере dIcu/dT= - 1 нА/°С.

Эту основную компоненту температурного дрейфа можно, как видно из уравнения (3.30), скомпенсировать сознательно вносимой температурной зависимостью тока 7.

Температурный дрейф входного тока сдвига имеет аналогичное выражение

dl.JdT = -/,„3 (dmT -dJ/JdT), (3.32>

поскольку температурная зависимость относительной разности АР/Р имеет лишь вторичный характер. Основную компоненту температурного дрейфа в уравнении (3.32) вновь можно аппроксимировать формулой

dI,JdT-l%rC х/,д, (3.32а>

и тогда dIcnB/dT= - m пА/°С при /сдв=10 нА.

3.1.5. Входные шумы

В биполярном транзисторе проявляется действие четырех механизмов, генерирующих шумы четырех типов: тепловые, дробовые, вида \lf и импульсные. Рассмотрим вначале первые три вида шумов [13]-[15].

Тепловые (джонсоновские) шумы порождаются хаотическим, тепловым движением свободных электронов в кристаллической решетке вещества, из которого состоит сопротивление. Их уровень не зависит ни от тока, протекающего через резистор, ни от напряжения на нем. Эквивалентная модель резистора R с шумами представляет собой комбинацию резистора R без шумов с последовательно включенным генератором напряжения шумов Еш либо с включенным параллельно генератором тока шумов Im=Em/R (рис. 3.3,а). Среднеквадратичные (эффективные) значения напряжения Еш и тока /ш шумов, наблюдаемые в полосе частот А/=/2-/ь определяются по формулам

Е=УШЩ и IViikT/RjAf, (3.33>

где =1,38-10~2 Дж/К-постоянная Больцмана. В удобных для практического использования единицах (МОм для R и Тц для А/) и при комнатной температуре

£ш = 0,13 мкВх/Щ. 4 = 0,13 пАх У АЩ. (3.33а>

Тепловой шум является белым шумом, т. е. его спектральная плотность em = idE/df или im=ydPm/df в соответствии с (2.5а) не зависит от частоты:

e = VikTR = 0,13 mkB/YTxVR,

(3.34)

i=V4kT/R=0,l3 пА/VThxVR-(R даны в мегаомах).

1 Названы по имени открывшего их в 1928 г. Дж. Б Джонсона. - Прим. BSM------ -

Резистор М Резистор с шумами Y без шумов Jpy.p

шумов

переход с шумами

/)-/7-переход без шумов

V4irfR

/с/ Hi

Рис. 3.3. Эквивалентные генераторы белого шума резистора (а) и полупроводникового перехода (б) и изменения их спектральных плотностей на низких частотах из-за шума вида 1/f (e). Полярность эквивалентных генераторов шума Еш, /ш не имеет значения.

Дробовой шум (шум Шоттки) вызывается прерывистым, имеющим случайный характер, током при прохождении через полупроводниковый переход дискретных порций заряда, переносимых электронами и дьцрками. Эквивалентная модель р-л-пе-рехода с шумами, возникающими при прохождении через него в прямом и обратном направлениях среднего тока /, состоит из не создающего шумов р-л-перехода и включенного параллельно с ним генератора тока шумов /ш, наблюдаемых в полосе частот Af,

/m = l/2(77Af, (3.35)

где =1,60-10" Кл - заряд электрона. При измерении / в

микроамперах, а Л/ в герцах

= 0,57 пАхК/А/. (3.35а)

Дробовой шум также является белым шумом и имеет спектральную плотность

V =/27 = 0,57 пА ГцхуТ (3.36) при /, измеряемом в микроамперах.