Shyam Sunder Tiwari
EDN
Хотя полевые транзисторы с p-n переходом и являются отличными устройствами для недорогих усилителей с высокоимпедансными входами, использование их в подобных схемах затрудняется значительным температурным дрейфом крутизны (Рисунок 1). Проблему можно смягчить, установив ток стока в рабочую точку с нулевым дрейфом во всем диапазоне температур от –55 °C до 125 °C.
 |
|
| Рисунок 1. | Температурная зависимость крутизны для полевых транзисторов J310 и J309 (ON Semiconductor). |
Для описываемой схемы (Рисунок 2) были испытаны различные полевые транзисторы с p-n переходом: Sony 2SK152-2, Interfet IFN152 и Siliconix/Vishay/ ON Semiconductor J309, любой из которых имеет большое усиление и малый ток утечки порядка 100 пА. С этими полевыми транзисторами можно сделать усилитель, имеющий входное сопротивление от 1 МОм до 1 ГОм. Схема хорошо работает до частот, превышающих 100 МГц.
 |
|
| Рисунок 2. | Быстродействующий усилитель с полевым транзистором, имеющий высокостабильное усиление и высокое входное сопротивление в очень широком диапазоне температур. |
Одним из достоинств предлагаемой схемы является широкий диапазон рабочих температур (–55 °C … 125 °C) используемого полевого транзистора. Микросхема IC1 не нуждается в специальных условиях и может работать при комнатной температуре, подключенная к транзистору через несколько футов коаксиального кабеля с фторопластовой изоляцией. Таким образом, полевой транзистор может быть смонтирован в охлаждаемом объеме и иметь минимальный уровень шумов, что и было главной целью разработки.
Входной сигнал подается на затвор полевого транзистора Q1, соединенный с «землей» резистором R3, сопротивление которого можно уменьшить, если сигнал поступает от источника тока.
Потенциал истока транзистора смещается инвертирующим преобразователем ток-напряжение, основанным на микросхеме IC1. Опорное напряжение VREF, для большинства полевых транзисторов равное 0 … 3 В, управляет напряжением затвор-исток (VGS) в режиме покоя, позволяя выставить ток стока в среднюю точку области нулевого дрейфа крутизны. Одновременно этим обеспечивается большой динамический диапазон для входного сигнала. Регулируя VREF, мы можем установить ток рабочей точки Q1 равным 7…10 мА, что будет близко к точке нулевого дрейфа. Рабочий ток необходимо тщательно изучать и индивидуально подбирать для каждого типа транзисторов. Например, для тысячи испытанных транзисторов 2SK152-2 этот ток составил 7.5 ±1 мА.
В качестве IC1 должен использоваться широкополосный усилитель с обратной связью по току. Хорошо показали себя выпускаемые Analog Devices усилители AD812 при напряжении питания от ±12 В до ±15 В и AD8009 при напряжении питания ±5 В. Сопротивление резистора обратной связи R2 можно выбирать из диапазона 500 Ом … 5 кОм. Включенный параллельно с ним конденсатор C1 емкостью 100 пФ подавляет генерацию и выбросы напряжения. Не забывайте, что выходное напряжение усилителя смещено из-за смещения входного каскада, поэтому лучше всего использовать схему для усиления переменных или импульсных сигналов. При правильном сочетании R2 и C1 можно получить время нарастания от 10 нс до 100 нс. Усилители с обратной связью по току работают в интервале коэффициентов усиления от 2 до 10, которые задаются резистором R2. При более высоких коэффициентах усиления в схеме начинается генерация.
С помощью резистора R1 организована контрольная точка, предназначенная для измерения тока, протекающего через полевой транзистор. Кроме того, она является источником сигнала с выходным сопротивлением 50 Ом, который можно напрямую подключать к осциллографу. Оба выходных сигнала инвертированы относительно входного и имеют типичный размах ±100 мВ. Для работы с сигналами, имеющими постоянную составляющую, перед затвором следует включить конденсатор емкостью от 1 нФ до 10 нФ.
Материалы по теме
Купить AD8009 на РадиоЛоцман.Цены
