Jak są możliwe takie niskie prądy wejściowe wzmacniacza operacyjnego?

10

Rozumiem, że wzmacniacze operacyjne mają niskie prądy wejściowe; to jedna z ich charakterystycznych cech. Ale patrząc na arkusz danych LMC6001 (zabawnie zwany „Ultra, ultra-niskim prądem wejściowym wzmacniaczem”, ponieważ jedno ultra po prostu nie wystarczyło), muszę się zastanowić: jak <censored> mają tak niskie prądy wejściowe input

LMC6001 twierdzi, że maksymalny prąd polaryzacji wejściowej przy 25 ° C wynosi 25 femtoamperów . Przy znamionowym napięciu przesunięcia wejściowego wynoszącym 10 mV między pinami, jest to odpowiednik rezystora 400 GΩ między wejściami, które są dwoma sąsiednimi pinami w pakiecie SOIC. Równoważne rezystancje wejściowe do mocy są jeszcze wyższe!

A jeśli spojrzysz na komparatory, będzie to jeszcze bardziej imponujące. Weźmy na przykład TLV7211 , w którym równoważne rezystancje między wejściami i wejściami i mocami są rzędu 100 TΩ, a jednocześnie znajdują się w jeszcze mniejszym pakiecie SC-70. Jak to nie jest zdominowane przez prądy upływowe przez płytkę drukowaną i opakowanie?

Ognisko
źródło
2
Wysoka impedancja wejściowa wynika z tego, że wykorzystują izolowane bramki FET. I oczywiście przeciek na płytce drukowanej będzie dominował, dlatego musisz założyć pierścienie ochronne wokół wejść lub oddzielić je na izolowanych słupach PTFE.
Jack Creasey
Czy używają specjalnego plastiku do ich pakowania, aby zmniejszyć wyciek w samej paczce, czy też nie stanowi to problemu nawet przy tak niskim poziomie prądu?
Palenisko
W przypadku ultra wysokiej impedancji może istnieć uziemienie lub styki ochronne po stronie wejściowej. Dla LMC6001 przeczytaj 10.1 w arkuszu danych.
Jack Creasey
3
Jeśli spojrzysz na tablice Keithleya, zobaczysz również wycięcia FR4, aby zmniejszyć bieżące ścieżki. Ale aby uzyskać naprawdę niskie poziomy wejściowe, musiałem zdobyć układy scalone w paczkach wafli od Hamamatsu i Burra Browna bez opakowania epoksydowego i nauczyć się wiązać drutem (znalazłem kogoś lokalnego, kto by mi pomógł.) Opakowania epoksydowe są zbyt przeciekające między stykami, jak zauważyłeś - niektóre przekaźniki COTO faktycznie przeciekają mniej. (Nie mogłem sobie pozwolić na pierścienie ochronne, FR4 lub epoksydowe, a także musiałem ustabilizować temperaturę.)
Jonk
@Jonk Musisz opublikować zdjęcia tego.
DKNguyen 13.03.19

Odpowiedzi:

8

Impedancji wejściowej nie można bezpośrednio porównać z prądem upływu.

Ω

Są to MOSFETY, a przeciek prawie zerowy jest całkowicie normalny. Pamiętaj, że możesz przechowywać ładunek przez 100 lat w nieulotnej pamięci tylko z odrobiną ładunku na małej pojemności bramki. Bardziej imponującym osiągnięciem jest zapewnienie wszelkiego rodzaju ochrony bramy w ramach tego wymogu wycieku. Podejrzewam, że mogą mieć sprytny obwód ładowania, aby zminimalizować wyciek. Możesz wyszukać patenty, aby sprawdzić, czy ujawniły coś istotnego (byłby to patent National Semiconductor).

Istnieją opcje zastosowania płytek FR4, które nie są idealne, nawet gdy są idealnie czyste (i są łatwo zanieczyszczone przez niektóre topniki, aby mieć stosunkowo masywny wyciek). Oto dokument omawiający niektóre problemy. Myślę, że Bob Pease miał również kilka dobrych wskazówek i wskazówek, jak osiągnąć niski wyciek. Możesz całkowicie uniknąć płytki drukowanej dla sworznia o niskim wycieku i użyć na przykład dystansu PTFE (teflon).

Spehro Pefhany
źródło
1
Tak jak powiedziałem, że tak, zredagowałem pytanie, aby nie używać terminu impedancja wejściowa w niewłaściwy sposób. Informując Cię tutaj, aby, jeśli chcesz, możesz usunąć część tej odpowiedzi, wskazując na to.
Hearth
7

Otrzymują tak niskie prądy wejściowe dzięki odpowiedniemu zastosowaniu tranzystorów CMOS. Istnieje duży kompromis w zakresie prędkości. Nie znajdziesz wzmacniaczy operacyjnych GHZ CMOS.

Układ PCB MUSI zawierać 2 opcje w projekcie. Szyny ochronne między kołkami wejściowymi zapobiegają prądom upływowym z pobliskich szyn zasilających, powodując przesunięcia i szumy na wyjściach. Opcja 2 oznacza użycie teflonu w tej części planszy wraz z wyprowadzeniem wąskich pasków planszy. Pin wejściowy, który może mieć rezystor 100 megahmów na wejściu (wejściach), nie ma już żadnego kontaktu z sąsiednimi śladami płytki drukowanej. Niektóre słupki teflonowe są używane z cynowanym drutem pośrodku, dla wejść w zakresie od 100M do gigaomów.

Mierniki mierzące pikoampy i pikowolty wykorzystują taką topologię obwodów, przy czym teflon stosuje się do najbardziej wymagających wymagań. Oddzielna osłona przeciwpyłowa i odpowiednia powłoka zapobiegają hałasowi i / lub błędom przesunięcia kurzu i wilgoci.

Sparky256
źródło