Полевые транзисторы широко используются в усилителях, управляемых напряжением, и в аттенюаторах, в которых они служат в качестве переменных сопротивлений. Управляющее напряжение, приложенное к затвору, устанавливает сопротивление канала и общее усиление схемы. Из-за широкого разброса характеристик полевых транзисторов нередко требуется их индивидуальный подбор. Для реализации управляемого напряжением усиления в схеме на Рисунке 1 используется управляющая конфигурация ведущий-ведомый на основе согласованной пары полевых транзисторов. Это усиление является линейной функцией приложенного управляющего напряжения VC. В отличие от схем, в которых функцию элемента, регулирующего усиление, выполняет один полевой транзистор, схема на Рисунке 1 обеспечивает минимальное усиление при VC = 0 В и линейное увеличение усиления с ростом VC. За счет автосмещения схемы также компенсируется разброс характеристик между различными экземплярами транзисторов, делая подбор устройств менее критичным.
 |
||
| Рисунок 1. | Этот управляемый напряжением усилитель имеет динамический диапазон от –55 дБ до 0 дБ. |
|
Схема поддерживает напряжение стока VDS транзистора Q1A на низком уровне (VREF = 50 мВ), гарантирующем, что транзистор работает в линейной области его выходной характеристики. Операционный усилитель IC1A, управляя напряжением затвора VGS транзистора Q1A, поддерживает напряжение VDS равным VREF, а Q1A забирает ток из источника тока Хауленда, сделанного на усилителе IC1B. Вытекающий ток ID равен
где VC – управляющее напряжение. Тогда сопротивление канала RD в килоомах будет равно
То же напряжение VGS через резистор R12 приложено к затвору Q1B. Поскольку транзисторы в Q1 хорошо согласованы, Q1A и Q1B имеют одинаковые сопротивления каналов RD. При изменении VC от 0 В до 5 В напряжение VGS изменяется от значения порядка 370 мВ (ограниченного стабилитроном D1 для защиты от протекания тока между затвором и истоком) до напряжения отсечки (для транзистора 2N3958 это приблизительно 1.7 В). Усиление G неинвертирующего усилителя IC2 устанавливается управляемым сопротивлением RD транзистора Q1B в соответствии с формулой
Максимальное усиление равно
где R0 – минимальное сопротивление канала при VGS = 0, которое для транзистора 2N3958 равно примерно 450 Ом. Минимальное усиление равно 1, когда полевой транзистор не проводит ток (VGS равно напряжению отсечки). Схема ослабляет уровень входного аудиосигнала до значения менее 10 мВ пик-пик. Это ослабление минимизирует искажения в полевом транзисторе и, кроме того, устанавливает уровень ограничения на выходе IC2. R13 и C5 в сочетании с R12 уменьшают искажения при более высоких уровнях сигнала. Если использовать компоненты с номиналами, указанными на схеме, при изменении управляющего напряжения VC от 0 В до 5 В усиление будет линейно расти от –55 дБ до 0 дБ. Максимальная амплитуда сигнала, с которым может работать схема, равна 6 В пик-пик. На Рисунке 2 показан результат модуляции 500-герцовой синусоиды треугольным сигналом, изменяющимся в диапазоне от 0 В до 4 В.
 |
||
| Рисунок 2. | Треугольные импульсы 0…4 В линейно модулируют 500-герцовый сигнал на аудиовходе. |
|
Чтобы получить наилучшие характеристики схемы, микросхема IC1 должна иметь низкие значения напряжения смещения и входных токов, такие, скажем, как у операционного усилителя OP290. В качестве IC2 следует использовать ОУ с большим произведением коэффициента усиления на полосу пропускания, например, NE5534. Однако при сниженном усилении можно с успехом использовать недорогие устройства, такие как LF353 и LF351. Кроме того, если заменить R1 на 100 кОм и в качестве IC1 использовать OP290, а в качестве IC2 – TL031, схему можно питать от источника ±5 В. Максимальный ток, потребляемый схемой при питании напряжениями ±5 В, равен 0.33 мА, что позволяет отнести ее к категории энергоэффективных устройств.
Купить TL031 на РадиоЛоцман.Цены
