Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6

Для уменьшения температурного дрейфа усилителя в схему введены элементы подстройки режима работы полевого транзистора и балансировки моста. Напряжение на истоке транзистора устанавливается с помощью подстроечного резистора R3. Балансировка моста осуществляется построечным резистором R4. В схеме моста желательно использовать резисторы с малым температурным дрейфом. При использовании проволочных резисторов, вызывающих температурный дрейф выходного напряжения 700 мкВ/град, что значительно выше температурного дрейфа от полевого транзистора (4–7 мкВ/град), компенсации температурного дрейфа следует добиваться с помощью терморезистора R6. В этом случае температурный дрейф может быть снижен до 40 мкВ/град.

Выходной сигнал моста усиливается микросхемой, необходимый коэффициент усиления которой устанавливается резистором R7. Вся схема охвачена общей ООС. Эта связь осуществляется резисторами R1 и R8-R10. Усилитель может быть использован для измерения тиков порядка 10^-13 — 10^-12 А. Чувствительность схемы равна 3∙10^-14 А при соотношении сигнал-шум, равном 3. Диапазон входных напряжений 0,6–6 В. Температурный дрейф 40 мкВ/град. Временной дрейф 10^-18 А/ч. Полоса пропускания 0–7 Гц. Кроме интегральной микросхемы К140УД1Б в устройстве можно применить микросхему К153УД1.

Электрометрический усилитель.

Электрометрический усилитель (рис. 4.56) позволяет измерять входные токи 5∙10^-16 — 5∙10^-12 А. На входе усилителя применен полевой транзистор VT в схеме истокового повторителя. Сигнал с истока полевого транзистора подается на вход ОУ. Для уменьшения временного и температурного дрейфов полевого транзистора ток через него (0,3 мА) стабилизирован резисторами R1 и R2 и стабилитроном VD2. Сопротивление резистора R2 следует подбирать с учетом разброса параметров полевого транзистора. Для получения малой рассеиваемой мощности транзистором VT потенциал стока ограничивается стабилитроном VD2.

Выходной сигнал полевого транзистора подается на инвертирующий вход интегральной микросхемы. На неинвертирующий вход этой микросхемы подается постоянное напряжение, с по мощью которого согласуются входы усилителя по постоянному уровню. Резистор R8 осуществляет грубую, резистор R7 — плавную балансировку ОУ. Для уменьшения статического заряда в цепи затвора полевого транзистора служит резистор R4 Параллельно этому резистору может быть включена цепочка R5C1, которая увеличивает коэффициент усиления и расширяет полосу пропускания усилителя. Постоянная времени при этом уменьшается с 0,1 до 15 мс. С расширением полосы шум усилителя увеличивается до 2∙10^-15 А (для узкой полосы он не превышает 8∙10^-18 А). Максимальное выходное напряжение ±5 В. Дрейф нуля составляет 0,9 мВ в диапазоне температур 20° — 45 °C. Временной дрейф ±0,9 мВ/ч.

Дифференциальный электрометрический усилитель.

Входной каскад усилителя (рис. 4.57) выполнен по дифференциальной схеме на полевых транзисторах. Для стабилизации параметров усилителя применена 100 %-ная ООС. При разомкнутой цепи ОС коэффициент усиления составляет 10⁴.

Постоянная времени входной цепи для R1 = 10¹² Ом равна 0,1 с, а для R1 = 10¹¹ Ом — 10 с. Такого же порядка выбирается постоянная времени на выходе ОУ. Временной дрейф за 1 ч равен 0,5 мВ для R1 = 10¹²

Ом и 3 мВ для R1 = 10⁴ Ом. Температурный дрейф в диапазоне от — 30 до 4-50 °C менее 0,1 мВ/град при R1 = 10¹² Ом. Шумы на выходе составляют 1,5 мВ для R1 = 10¹² Ом и 3 мВ для R1 = 10¹⁴ Ом. Пороговая чувствительность для 10¹² Ом составляет 1,5∙10^-15 А, а для 10¹⁴

Ом — 3∙10^-17 А. При замене микросхемы К140УД1Б на микросхему К153УД1 в два раза увеличивается шумовая составляющая сигнала на выходе схемы.

Повторитель напряжения.

Повторитель (рис. 4.58) собран на двух интегральных микросхемах. Предварительный дифференциальный каскад выполнен на сборке полевых транзисторов DA1. Входное сопротивление его равно 2∙10⁹ Ом. Для стабилизации режима половых транзисторов по току в цепь истоков включен генератор тока на транзисторе VT. Температурная стабилизация коллекторного тока транзистора VT осуществляется с помощью диода VD1. Выходной сигнал дифференциального каскада поступает на входы ОУ. Связь выхода ОУ с затвором правого (по схеме) полевого транзистора обеспечивает 100 %-ную ООС. Для устранения самовозбуждения в схему введены две корректирующие цепочки, состоящие из элементов R7, C1, С2, С3. При разомкнутой ОС общий коэффициент усиления составляет 80 дБ. Верхняя частота полосы пропускание равна 50 кГц. Коэффициент ослабления синфазного входного напряжения не менее 70 дБ, а температурный дрейф не более 5 мкВ/град.

Усилитель с ООС.