Полевые транзисторы с p-n переходом (JFET) практически не имеют входных токов (что полезно само по себе), поэтому у них почти отсутствуют токовые шумы. Это свойство означает, что JFET можно использовать в схемах с очень высокими сопротивлениями и получать хорошие шумовые характеристики. Кроме того, JFET являются быстрыми устройствами, и полоса пропускания самых заурядных устройств может измеряться сотнями мегагерц. С другой стороны, JFET трудно использовать в производственных условиях, поскольку их характеристики по постоянному току имеют большой разброс. В простой схеме с резисторным смещением разные экземпляры транзисторов одного типа могут давать результаты, отличающиеся на несколько вольт. Одним из способов обеспечения воспроизводимости и технологичности схем с JFET является использование топологии, показанной на Рисунке 1. Назначение операционного усилителя состоит в смещении напряжения V_GS JFET к уровню 0 В и, следовательно, в смещении тока I_D к значению I_DSS. (Здесь V_GS – напряжение затвор-исток, I_D – ток стока, I_DSS – ток стока при нулевом напряжении на затворе). Усилитель решает эту задачу, увеличивая ток биполярного транзистора до тех пор, пока не выполнится условие V_GS = 0 В и I_D = I_DSS.

Рисунок 1.	Операционный усилитель смещает характеристику JFET к значению IDSS при VGS = 0 В.

В таких условиях JFET работает как повторитель с нулевым смещением с максимальным трансимпедансным усилением и минимальным напряжением шумов. Единственное, что требуется от операционного усилителя, – сверхнизкий входной ток. Этому критерию отвечает множество операционных усилителей (ОУ), включая приборы с JFET входами, такие как LT1462, ОУ с супербета транзисторами на входах, такие LT1097, и микромощные ОУ, такие как LT1494. На Рисунке 2 приведена реализация топологии, показанной на Рисунке 1, с использованием недорогого JFET 2N5486. При комнатной температуре ток I_DSS для этого устройства составляет от 8 до 20 мА. Регулируя ток стока JFET, усилитель LT1097 поддерживает напряжение между затвором и истоком, равным 0 В. Исток JFET подключен к инвертирующему входу 325-мегагерцового малошумящего ОУ LT1806. R_F замыкает петлю обратной связи на затвор JFET. Описываемая здесь схема использовалась в качестве трансимпедансного усилителя для быстрого фотодиода.

Рисунок 2.	Для смещения характеристики JFET в этом быстродействующем усилителе тока светодиода с большим коэффициентом усиления используется схема, показанная на Рисунке 1.

Выбор большого сопротивления резистора R₁ (в нашем случае 10 МОм) поддерживает низкий коэффициент усиления шумов, но в разумных пределах его можно уменьшить так, чтобы оно было в несколько раз больше, чем R_F. Номиналы других резисторов и конденсаторов в цепи обратной связи LT1097 выбираются в соответствии с требованиями ослабления шумов и формирования шумовой полосы медленного контура. Измерения показывают, что спектральная плотность выходных шумов при R_F = 0 Ом составляет 9 нВ/ÖГц, поэтому шум резистора преобладает при сопротивлениях R_F, превышающих примерно 10 кОм. В Таблице 1 приведены значения времени нарастания и полосы пропускания для нескольких значений трансимпедансного усиления, устанавливаемых резистором R_F. Чтобы получить оптимальные характеристики быстродействия, выполняется «подстройка паразитной емкости» фотодиода (конденсатор с пунктирными линиями на Рисунке 2) путем изменения расстояния выводов R_F до его корпуса. На Рисунке 3 показана осциллограмма отклика схемы при R_F = 1 МОм. Подключение двух последовательных резисторов по 499 кОм улучшает отклик.

Рисунок 3.	Схема на Рисунке 2 демонстрирует чистую импульсную характеристику с небольшим выбросом или звоном.

1. Datasheet Analog Devices LT1097
2. Datasheet Linear Technology LT1806
3. Datasheet ON Semiconductor 2N5486
4. Datasheet OSRAM SFH213 FA