Операционный усилитель делает повторяемыми схемы с полевыми транзисторами

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 VGS JFET к уровню 0 В и, следовательно, в смещении тока ID к значению IDSS. (Здесь VGS – напряжение затвор-исток, ID – ток стока, IDSS – ток стока при нулевом напряжении на затворе). Усилитель решает эту задачу, увеличивая ток биполярного транзистора до тех пор, пока не выполнится условие VGS = 0 В и ID = IDSS.

Операционный усилитель смещает характеристику JFET к значению IDSS при VGS = 0 В.
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 IDSS 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. RF замыкает петлю обратной связи на затвор JFET. Описываемая здесь схема использовалась в качестве трансимпедансного усилителя для быстрого фотодиода.

Для смещения характеристики JFET в этом быстродействующем усилителе тока светодиода с большим коэффициентом усиления используется схема, показанная на Рисунке 1.
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 RF. 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 RF = 0 Ом составляет 9 нВ/ÖГц, поэтому шум резистора преобладает при сопротивлениях RF, превышающих примерно 10 кОм. В Таблице 1 приведены значения времени нарастания и полосы пропускания для нескольких значений трансимпедансного усиления, устанавливаемых резистором RF. Чтобы получить оптимальные характеристики быстродействия, выполняется «подстройка паразитной емкости» фотодиода (конденсатор с пунктирными линиями на Рисунке 2) путем изменения расстояния выводов RF до его корпуса. На Рисунке 3 показана осциллограмма отклика схемы при RF = 1 МОм. Подключение двух последовательных резисторов по 499 кОм улучшает отклик.

Таблица 1. Результаты измерений для различных значений RF при
ступенчатом изменении выходного напряжения на 1.2 В
RF Время нарастания
между уровнями
10 и 90%
(нс)
Полоса пропускания
по уровню 3 дБ
(МГц)
100 кОм 64 6.8
200 кОм 94 4.6
499 кОм 154 3
1 МОм 263 1.8
 
Схема на Рисунке 2 демонстрирует чистую импульсную характеристику с небольшим выбросом или звоном.
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

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 2000
сейчас смотрят 56
представлено поставщиков 1573
загружено
позиций
25 067 862