Хотя полевые транзисторы с р-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 °С до 125 °С.
Для описываемой схемы (Рисунок 2) были испытаны различные полевые транзисторы с р-n переходом: Sony 2SK152-2, Interfet I FN 152 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.
Усилитель звука на одном транзисторе
Усилитель звука на транзисторе 2SK152-2 и быстродействующей микросхеме. Одним из достоинств предлагаемой схемы является широкий диапазон рабочих температур (-55 °С … 125 °С) 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 С1 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 С1 можно получить время нарастания от 10 не до 100 не. 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.
Автор
