Журнал РАДИОЛОЦМАН, апрель 2016
Одной из проблем, характерных для стандартных схем управления усилением на основе полевого транзистора, является увеличение уровня шумов, когда транзистор используется как часть резистивного аттенюатора, включенного последовательно с операционным усилителем (ОУ). В такой конфигурации ослабление сигнала происходит до его усиления, а это влечет за собой необходимость выбора ОУ с большей полосой усиления и лучшими шумовыми характеристиками. Когда вы включаете полевой транзистор в качестве резистора, задающего усиление в схеме неинвертирующего усилителя, искажения ограничивают область применения схемы приложениями с входными напряжениями, не превышающими нескольких сотен милливольт. Это ограничение обусловлено свойствами полевого транзистора, толщина обедненной области которого зависит от напряжений сток-затвор и затвор-исток. В усовершенствованной схеме, показанной на Рисунке 1, полевой транзистор используется как часть петли обратной связи.
 |
|
| Рисунок 1. | Сопротивление сток-исток полевого транзистора управляет усилением каскада на операционном усилителе. |
В этой конфигурации напряжение на транзисторе ограничено, поэтому схема имеет достаточно хорошие шумовые параметры. Дополнительным бонусом оказывается улучшение линейности. Передаточная функция усовершенствованной схемы описывается следующим выражением [1]:
Если R2 + R3 = R1 и R4 = RDS (сопротивление сток-исток транзистора), передаточная функция упрощается до следующего вида:
Минимальное сопротивление сток-исток для выбранного полевого транзистора J271 равно 76 Ом при напряжении затвор-исток VGS = 0 В. Фактическое значение напряжения сток-исток VDS, с которого начинаются искажения, зависит от конкретного экземпляра транзистора, но из практики следует, что, как правило, достаточно, чтобы это напряжение было меньше 200 мВ. В схеме на Рисунке 1 напряжение сток-исток транзистора ограничено значением порядка 100 мВ. Выходное напряжение VDS делителя, образованного сопротивлениями R3 и RDS, вычисляется по следующей формуле:
Рассчитав R3 на основании этой формулы и получив 24.5 кОм, вы выбираете ближайшее стандартное значение 24 кОм. Максимальное усиление определяется величиной параллельного сопротивления резисторов R2 и R3. Выбор значения 3 кОм для резистора R2 дает R1 = 27 кОм; при этом максимальный коэффициент усиления равен –37. Усиление, измеренное в реальной схеме при VC = VGS = 0 В, оказалось равным –36.1, что достаточно хорошо соответствует расчетам. RA и RB – это резисторы обратной связи, линеаризующие зависимость RDS от VGS. Как правило, получить адекватную линеаризацию вы сможете с одинаковыми сопротивлениями резисторов, но, меняя их соотношение, вы дополнительно получаете возможность управления наклоном передаточной функции. Графики на Рисунке 2 демонстрируют влияние сопротивления RA на крутизну передаточной функции и диапазон управляющих напряжений (VGS). P-канальный полевой транзистор J271 управляется положительным напряжением, однако взяв эквивалентный n-канальный транзистор, такой например, как J210, вы сможете использовать отрицательное напряжение управления. Схема универсальна, недорога, и обеспечивает минимальные искажения, широкий динамический диапазон и хорошую линейность. Операционный усилитель TLC071 отличается низкими входными токами и имеет выводы коррекции напряжения смещения входа.
 |
|
| Рисунок 2. | Отношение RA/RB задает наклон передаточной функции схемы на Рисунке 1. |
Купить TLC071 на РадиоЛоцман.Цены
