Файл: Илюкович А.М. Измерительные усилители малых токов с логарифмической характеристикой.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.07.2024
Просмотров: 97
Скачиваний: 7
Рис. 11. Характеристики кремниевых р-п-переходов.
со ---------с р е д н я я ;--------------- границы разброса.
|
|
|
|
Т а б л и ц а 2 |
Тип прибора |
а{, мВ |
fffV % |
мВ |
a<v % |
Д808 |
83 |
11 |
946 |
4 |
Д809 |
86 |
11 |
959 |
6 |
Д810 |
83 |
12 |
935 |
5 |
Д814А |
86 |
13 |
970 |
6 |
Д219А |
82 |
2.3 |
792 |
3,6 |
нительно редко, так как логарифмические участки их характеристик лежат в области сравнительно больших токов.
Параметры кремниевых диодов нескольких типов приведены в табл. 2 и на рис. 11. В табл. 2 приведены средние значения смещения а0 и крутизны cti логарифми
ческих характеристик, а также среднеквадратические отклонения ст этих параметров для диодов одной партии (каждого типа). Данные таблицы показывают, что раз брос параметров характеристики значителен, что спра ведливо как в отношении крутизны, так и в отношении смещения. На рис. 11 приведены графики отклонения характеристик от логарифмической зависимости в коор динатах lg / —ДП(/)/с(|. Сплошная кривая является ус редненной характеристикой приборов данного типа; пунктирными линиями обозначены границы разброса.
Характеристики диодов имеют значительный дрейф
|
под |
действием |
протекаю |
||||
|
щего |
тока. |
На |
рис. |
12 |
||
|
приведено семейство |
ха |
|||||
|
рактеристик |
диода Д808, |
|||||
|
снятых |
последовательно |
|||||
|
одна за другой. Характе |
||||||
|
ристика |
1 снята |
при |
по |
|||
|
степенном |
■увеличении |
|||||
|
тока с 10-12 до |
10~4 А. |
|||||
|
Последующие |
характери |
|||||
|
стики (кривые 2—4) сни |
||||||
|
мались |
также |
|
при |
уве |
||
|
личении |
тока |
после |
вы |
|||
|
держки |
диода |
в течение |
||||
|
1 мин при |
токе |
10-4 А. |
||||
Рис. 12. Дрейф характеристики |
Как |
видно |
из |
данных |
|||
диода под действием тока. |
рис. |
12, |
дрейф |
характе- |
32
ристики существен. Возвращение характеристики к ис ходному виду происходит в течение нескольких десят ков часов при обесточенном состоянии диода. Описанный дрейф объясняется накоплением зарядов на внутренних структурных дефектах перехода. Его наличие приводит к весьма значительной погрешности при измерениях тока.
Таким образом, наличие существенной нелинейности характеристик, разброс параметров их и дрейф под дей ствием протекающего тока делают диоды мало пригод ными для применения в качестве пассивных преобразо вателей электрометрической аппаратуры.
Гораздо лучшие параметры имеют характеристики транзисторов при трехзажимном включении в цепь об
ратной |
связи |
электрометрическо |
|
|
|
|||||
го усилителя |
(рис. 13). |
Наиболее |
|
|
|
|||||
широкое |
применение |
в |
качестве |
|
|
|
||||
ЛЭ находят кремниевые диффу |
|
|
|
|||||||
зионные и планарные транзисто |
|
|
|
|||||||
ры. По некоторым данным |
(см., |
|
|
|
||||||
например, [Л. 74]) характеристи |
|
|
|
|||||||
ки транзисторов имеют динами |
|
|
|
|||||||
ческий |
|
диапазон |
от |
|
10-13 |
до |
|
|
|
|
10~3 А. |
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 13. Принципиаль |
||
Параметры характеристик не |
ная схема |
логарифмиче |
||||||||
которых |
отечественных |
транзи |
ского |
измерительного |
||||||
сторов даны в табл. 3 |
и на рис. 14. |
усилителя |
с трехзажим- |
|||||||
В табл. 3, так же как и в табл. 2, |
ным включением транзи |
|||||||||
стора в |
цепь |
обратной |
||||||||
приведены средние значения сме |
связи ЭМУ. |
|
||||||||
щения и крутизны и средне |
|
|
|
|||||||
квадратические |
отклонения |
от |
|
|
|
|||||
средних значений для |
приборов одного типа. Как вид |
|||||||||
но из |
этих |
данных, |
параметры |
транзисторов |
имеют |
значительно меньший разброс, чем аналогичные параме
тры диодов. Это объясняется |
(см., |
например, [Л. 74]) |
||||
фильтрующим |
действием |
перехода |
база — эмиттер |
на |
||
|
|
|
|
|
Таблица |
3 |
Тип призора |
а„ мВ |
ff£V |
% |
а0, мВ |
%• % |
|
МП101 . |
61,2 |
2 ,8 |
|
747 |
0,9 |
|
П308 |
59,2 |
0 ,8 |
|
829 |
2 ,8 |
|
2Т312А |
59,7 |
2,7 |
|
852 |
1,1 |
|
2Т301Ж . |
60,0 |
2 ,2 |
|
784 |
1,7 |
|
КТ301В |
58,7 |
0,7 |
|
845 |
0,9 |
|
3 - 4 6 3 |
33 |
0,1
о щ |
-10 |
^ - 8 |
|
|
4s |
щ ! |
|
------- - 5 ___....................... |
|||||
- 0,1 |
|
^ |
----------:— |
Г? , мто1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
о f |
■ -1 0 |
----- -8 .------t |
, гтзт |
|||
- 0,1 -- - |
i_____ |
i_____ |
||||
0,1о зг.. |
- 8 |
|
- t |
t |
ig |
|
У |
-10 |
|
,КТ301В |
|||
-Oil f |
1 |
1 |
|
0,1
о ~Ю ~8 ~6 — П7ПО |
|
- 0,1 |
ПЗОд |
|
Рис. 14. Характеристики транзисторов в трех зажимном включении.
--------- с р е д н я я ;------------- |
границы разброса. |
tokn, искажающие в одиночных переходах характеристи ку диффузионного тока (7). Лучшие результаты . как в отношении динамического диапазона, так и в отноше нии нелинейности характеристики, наблюдаемые у диф фузионных и планарных транзисторов, получаются при малых геометрических размерах прибора и близком рас положении переходов база — коллектор и база — эмит тер, что обеспечивает идентичность условий их работы [Л. 74]. Дрейф характеристики транзистора под дейст вием протекающего тока значительно меньше (в 10— 100 раз), чем характеристики диода.
Температурный дрейф характеристик диодов и тран зисторов довольно велик. Так, изменение смещения характеристики достигает 2,3—2,5 мВ/К; изменение кру тизны прямо пропорционально изменению абсолютной температуры перехода.
Емкость диодов и транзисторов на прямой ветви вольт-амперной характеристики довольно велика и дости гает десятков-сотен пикофарад, что не позволяет достичь высокого быстродействия измерителей тока с полупро водниковыми преобразователями (при / = 10-10 А
т » 10- 3— 10-» с).
7. Электровакуумные логарифмирующие элементы
Электровакуумные лампы применяются в качестве логарифмирующих элементов в диодном, триодном и пеитодном включениях. Строго говоря, пассивными лога рифмирующими преобразователями являются только лампы в диодном включении. В триодном и пентодном включениях лампы совмещают функции пассивного ло гарифмирующего преобразователя (участок управляю щая сетка — катод) и линейного усилителя мощности. Однако общность аналитического описания вольт-ампер- ных характеристик позволяет применить в данном слу чае общую методику анализа.
В электровакуумных ЛЭ используется логарифмиче ский участок зависимости между напряжением на аноде диода и током через диод. Распределение (по Максвел лу) скоростей электронов, змиттируемых термокатодом, для случая плоского «бесконечного» электровакуумного диода при отрицательных и небольших положительных напряжениях на аноде дает аналитическое выражение
3* |
35 |
вольт-амперной характеристики в виде |
|
|
или |
|
|
U = - ~ - l n I 0 + Y In 10 lg / = а0+ as lg I, |
(8) |
|
где U — разность потенциалов анода и |
катода |
диода; |
I — ток через диод; /о — ток через диод |
при U= 0\ k |
постоянная Больцмана; Т — абсолютная температура ка тода; q — заряд электрона;
а, = " i n 10
—постоянные коэффициенты.
Реальные диоды и участки сетка — катод многоэлек
тродных ламп имеют вольт-амперпые характеристики
аналогичного вида.
Динамический диапазон логарифмической характери стики электровакуумного диода ограничен в области сравнительно больших токов насыщением лампы, завися щим от температуры и площади катода, а также от рас стояния между катодом и анодом [Л. 29]. Верхняя гра ница диапазона лежит обычно в области токов 10 7
10- 3 А.
Ограничение характеристики в области малых токов зависит от токов фотоэмиссии сетки и анода лампы, ионного тока, токов утечки по баллону лампы и конст рукционным элементам и других факторов, определяю щих сеточный ток электронных ламп (за исключением электронного тока, который в данном случае является полезным сигналом) [Л. 20]. Для электрометрических ламп нижний предел диапазона характеристики достига ет ю - 14— 10~13 А, для некоторых неэлектрометрических
ламп 10~13— Ю~10 А [Л. 81].
В пределах динамического диапазона логарифмиче ская характеристика диода может искажаться вследст
вие |
конструктивных дефектов — несоосности |
и непарал |
||
лельное™ электродов и т. п. |
|
|
|
|
|
Наиболее часто в качестве диодных ЛЭ используют |
|||
ся |
электрометрические лампы |
в |
диодном |
включении |
(рис. 15,а); при этом управляющая |
сетка используется |
|||
в качестве анода, а остальные |
электроды |
соединены |
3G
с катодом. При диодном включении нижний предел диа пазона характеристики может достигать 10_и— 10~13 А.
В некоторых лампах (например, металлокерампческом триоде 6С53-Н) па баллон лампы выводится анод. При этом лампа может быть включена по схеме на рис. 15,6.
Данные по зарубежным диодам и многоэлектродпым лампам в диодном включении наиболее полно представ-
I т |
ЭМУ |
|
I |
|
ЭМУ |
0 - |
> |
-----0 |
0----- |
> |
■ 0 |
|
|
и |
|
|
и |
0- |
|
-0 |
|
|
■0 |
|
<а) |
|
|
|
Ю |
|
|
|
■0 |
|
|
|
и |
|
|
|
■0 |
Рис. 15. Принципиальные |
схемы диодного двух- (а, |
б) |
|
и трехзажимиого (в, г) |
включений |
электрометриче |
|
ской (а, в) и металлокерамической (б, г) ламп. |
|
||
лены в [Л. 81]. Выборочные сведения из этой |
работы |
||
по диоду 9004 (желудь), |
электрометрическому |
пентрду |
|
5886 и металлокерамическому триоду |
(нувистору) 7586 |
вдиодном соединении приведены в табл. 4. Динамический диапазон характеристик диодов со
ставляет 6—8 декад в диапазоне токов 10- 13— 10_3 А при
нелинейности от 4 до 80%. Характерной особенностью диодов является значительная зависимость их параме тров от напряжения накала. Погрешность по току в от носительном выражении достигает 10—20% на 1 % из
менения напряжения накала. Большой интерес представ-
37