Тестер ОУ

Приложение 1. Результаты измерений

Как определить подделку при помощи тестера ОУ?

Помните, в самом начале описания этого большого проекта, в предисловии, автор упомянул, что, по мнению некоторых злых языков, подделки составляют не менее половины продаваемых на известных интернет-площадках изделий? Скажем сразу, что по результатам измерений параметров нескольких сотен микросхем ОУ, купленных в разные годы у разных продавцов на этих самых площадках, автор пришел к несколько другим выводам. Как обстоят дела в реальной жизни, читатель узнает чуть позже, а сейчас кратко обсудим, каким образом с помощью тестера ОУ можно отличить оригинальные изделия от фальсифицированных. Иначе говоря, как, глядя на полученные результаты, можно разделить имеющиеся микросхемы ОУ на три категории - явно оригинальные, сомнительные и явно поддельные.

Для этого еще раз перечислим те параметры, которые измеряет тестер ОУ, и обсудим, какие из них могут служить наиболее важными индикаторами подлинности или, наоборот, поддельности испытуемой микросхемы.

I_q - ток потребления

Это один из самых информативных параметров, подтверждающий (или опровергающий) тот факт, что мы имеем дело с оригинальной микросхемой. Дело в том, что в отличие от других параметров ОУ, на которые производители обычно устанавливают весьма широкий диапазон допустимых значений, ток потребления каждого типа ОУ известен довольно точно. Его значение задается источниками тока ("токовыми зеркалами"), служащими нагрузками каждого из касадов усиления микросхемы и значительное его отклонение от паспортного значения однозначно свидетельствует о том, что испытуемый ОУ совсем не тот, за который его пытается выдать продавец.

При измерении тока потребления надо учитывать, что в тестере ОУ оно производится при напряжении питания ±12 В, а в документации большинства микросхем этот ток указывается для напряжения ±15 В, поэтому полученный результат может быть немного (на несколько процентов) ниже паспортного, однако, если наблюдается разница в разы, то это уже явный признак подделки.

Предупреждение: для сдвоенных и счетверенных микросхем тестер ОУ измеряет суммарный ток, потребляемый всеми усилителями, а в паспортных данных производители иногда указывают ток, потребляемый в расчете на каждый из отдельных ОУ в составе микросхемы. Читайте документацию внимательно!

I_b - входной ток смещения

Этот параметр также очень важен для выявления контрафактных микросхем, поскольку по его величине и направлению можно с большой степенью вероятности определить тип транзисторов входного каскада ОУ - полевые или биполярные, а для биполярных транзисторов еще и их тип проводимости - n-p-n или p-n-p.

Отличить ОУ с полевыми транзисторами на входе легко - его входной ток смещения обычно лежит в диапазоне от единиц до ста пикоампер. Тестер ОУ такие малые токи измерить не в состоянии, он работает в наноамперном диапазоне, поэтому для таких микросхем в результатах измерений мы скорее всего увидим "I_b = 0.0 nA" или "I_b = 0.1 nA" (за счет округления в последнем значащем разряде).

Если же на входе ОУ используются биполярные транзисторы, то величина входного тока смещения может составлять от 1 до 300 нА и более, что тестеру ОУ измерить уже вполне под силу. Следует только учесть, что тестер ОУ имеет верхний предел измерений входного тока равный 120 нА, поэтому некоторые ОУ с большим входным током, такие как NE5532 или LM833 могут вызывать предупреждение о выходе значения измеряемого тока за диапазон измерений. Это не означает, что эти микросхемы неисправны, скорее наоборот, говорит о том, что мы имеем дело с оригиналом. У контрафактных ОУ входной ток смещения обычно укладывается в рабочий диапазон измерений тестера ОУ и не вызывает каких-либо предупреждений.

Что касается направления входного тока, то для ОУ с биполярными транзисторами долгое время действовало правило: "n-p-n транзистор на входе - ток втекает (отрицательный), p-n-p транзистор - ток вытекает (положительный)". Таким образом, измеряя параметры, например, ОУ uA741 c n-p-n транзисторами на входе, мы должны увидеть результат со знаком "минус", что-то вроде "I_b = -80.0 nA", а для LM358 или LM324 (p-n-p) - со знаком "плюс", например, "I_b = 20.0 nA".

К сожалению, это простое правило стало все чаще нарушаться в последние годы. Дело в том, что разработчики стали включать во многие современные ОУ с биполярными транзисторами на входе встроенные схемы компенсации входных токов. Эти схемы "подкачивают" базовые токи входных транзисторов, компенсируя их влияние и снижая результирующий входной ток микросхемы. Однако компенсация эта никогда не бывает идеальной и во входной цепи ОУ все-таки течет небольшой остаточный ток равный разности между исходным током базы и током компенсации, причем эта разность может иметь любой знак и, соответственно, правило "n-p-n транзистор - ток отрицательный, p-n-p транзистор - ток положительный" для таких ОУ уже не действует. Примером может служить ОУ OP07С фирмы Analog Devices со входным каскадом на n-p-n транзисторах и со схемой компенсации входных токов, для которого в документации оговаривается типовое значение I_b = ±1.8 нА.

I_os - входной ток сдвига

Этот параметр - разность измеренных по отдельности входных токов инвертирующего и неинвертирующего входов - сам по себе не сообщает какой-то новой информации об испытуемом ОУ и является производным от предыдущего. Обычно его величина составляет 1-10% от входного тока смещения I_b и характеризует степень асимметрии транзисторов входного каскада. Таким образом, для ОУ с полевыми транзисторами на входе он, также как и I_b, должен иметь нулевое или близкое к нулю значение в результатах измерений тестера ОУ, а для микросхем с биполярными транзисторами быть от 10 до 100 раз меньше чем I_b. Направление тока (знак при величине I_OS в результатах измерений) может быть любым и оно также не может служить характерным признаком оригинала или подделки.

V_os - напряжение смещения

Также как и предыдущий параметр, напряжение смещения указывает на асимметрию входного каскада ОУ и обычно находится в диапазоне от десятых долей милливольта до нескольких милливольт. В большинстве случаев V_os у сфальсифицированных ОУ попадает в этот диапазон значений и, соответственно, не является важным индикатором подлинности испытуемого изделия.

Однако, если испытуемый ОУ относится к классу прецизионных, то-есть таких, у которых при помощи специальных технологий (например, с помощью лазерной подгонки) достигается напряжение смещения в дапазоне нескольких единиц или десятков микровольт, то измеренная величина этого параметра у поддельной микросхемы будет отличаться в десятки раз от паспортной и это будет указывать на явную фальсификацию.

Знак у измеренной величины напряжения смещения может быть любым и даже у ОУ одного и того же типа он может у некоторых экземпляров быть положительным, а у других - отрицательным, что не свидетельствует об их оригинальности или поддельности.

A_ol, CMRR, PSRR

Значения этих параметров в документации микросхем имеют очень широкие допуски и в большинстве случаев это не позволяет использовать их в качестве критериев подлинности или, наоборот, поддельности испытуемых ОУ. Например, в паспортных данных ОУ NE5532 минимальное значение коэффициента усиления по напряжению с разомкнутой петлей обратной связи A_ol равно 25 000, типовое значение - 100 000, а максимальное вообще не оговаривается. Понятно, что при таком широком диапазоне допустимых значений, практически любой поддельный ОУ, если он хоть как-то работает, в этот диапазон попадает.

Однако, если испытуемый ОУ в соответствии со своей маркировкой должен иметь какие-то необычные значения одного или нескольких из этих параметров, а измеренные тестером ОУ значения им не соответствуют, то это обязательно должно приниматься во внимание. Например, вы приобрели за большие деньги популярный "аудио" ОУ LME49720 и мечтаете установить его в свою звуковую аппаратуру Hi-Fi класса. В документации этого ОУ вы видите минимальное значение A_ol равное 125 дБ (примерно 1 800 000 раз) и типовое - 140 дБ (примерно 10 000 000 раз), а тестер ОУ показывает A_ol около 100 000. Пожалуй, это уже серьезный повод задуматься о том, что же вы реально купили.

dV_OS/dT - дрейф напряжения смещения

Как уже было сказано в разделе этой публикации, посвященном методике измерения, вычисление дрейфа напряжения смещения выполняется тестером ОУ на основе разного рода предположений и не является вполне точным. До тех пор, пока с помощью сравнения с результатами профессиональных испытаний не будет доказано, что измерение дрейфа V_OS с помощью тестера ОУ дает адекватные результаты, мы считаем это экспериментальным дополнением ко всем остальным видам измерений. Поэтому основывать заключения о подлинности или поддельности испытуемых микросхем на основе результата измерения температурного дрейфа пока, видимо, не стоит.

Далее переходим к практическим примерам измерений, выполненных при помощи тестера ОУ.