用离散的JFET在低噪声电路中放大小信号

在低噪声电路中放大传感器产生的小信号是一个非常普遍但困难的问题。设计者通常会使用带有双极输入的运算放大器来实现这种放大,因为他们固有的低闪烁(1/F)和宽带噪声。双极OP安培提出了另一个挑战,当小信号感兴趣是产生的传感器的高源阻抗,不能提供足够的电流到放大器的输入。双极OPS电流在纳米安培范围或更大范围内具有较高的输入偏置电流,相对于它们的离子和结场效应晶体管(JFET)的输入阻抗较低。

双极输入将加载一个传感器,比如一个高源阻阻麦克风,它可以产生数千伏级的信号。这种负载将降低音频音质和动态范围,扭曲信号.你可以选择一个带有JFET前端的操作放大器,比如 OPA145 来自德克萨斯的仪器;然而,你将无法像使用离散组件那样灵活地对电路进行偏置,你可能会牺牲额外的电流来获得相对于20千赫兹的音频信号带宽而言不需要的带宽。

而CMOS和JFT输入级具有相似的偏置电流,JFT器件具有更好的噪声性能。此外,jfets具有比CMOS器件更高的增益(跨导性)。像钛这样一个离散的 JFE150 ,然后是双极放大器 OPA202 ,确实提供了一种方法,以实现高输入阻抗和低噪音的灵活的偏置( 图1 ).

图1 JFET预放大器闭环电路有利于低噪声的灵活偏射。

为了了解这个电路的操作,让我们从输入处检查它开始。传感器将产生小信号输入电压(V 在…中 ),调节通源电压(V 通用汽车公司 )。JFF150是预放大电路中的第一个增益阶段,它具有小信号流到源电流,I 数据交换系统 =G M × v 通用汽车公司 与V波动 在…中 .小信号电流,我 数据交换系统 ,不要与直流偏置电流混淆,我 数据交换系统 =2马,如图1所示。跨电导增益参数(G) M )的表达方式 通用汽车公司 是用伏特来表达的。

与电阻R组合 1 ,OPA202放大器形成一个横频放大器,转换电流G。 M × v 通用汽车公司 对电压,V 在外面 .OPA202放大器将驱动循环,以保持其输入端子大致相等。结果,目前的大部分G M × v 通用汽车公司 会通过电阻R 1 在中频下,在V处产生放大电压 在外面 .方程1计算向前的饲料增益(A) v ):

Av ≈ gm × R1 (V/V) (1)

你可以把G转换成 M 从分贝到西门子(MA/V) -1 ,如方程2所示,使用模拟测量 图2 .

g M = 10 -36.08dB/20dB = 15.7 mS (2)

图2 千分之一 M (b)相对于频率(赫兹)图用于将分贝转换为西门子。

方程3和方程4表明,向前的饲料增益是:

Av = 15.7 mS × 1 MΩ = 15.7 kV/V (3)

AdB = 83.92 dB (4)

因为晶圆过程的变化可以产生高达30%的变化 M 添加一个反馈网络,将保持可预测的闭环增益。反馈网络由数模电阻器R组成 F2 , R S1 和R S2 和电容c s 是一个串行反馈网络。新网络样本五 在外面 通过分流OPA202的输出并反馈一个比例电压V Fb 与V系列 通用汽车公司 .在频率,c s 成为一个简短的,方程5和方程6表示小信号增益的近似:

Acl ≈ RF/RS2 + 1 (5)

Acl ≈ 1001 V/V or 60 dB (6)

JFET的源节点是电路的反馈和汇总节点。在这个配置中,循环是关闭的。如果V 在外面 上升,然后是V Fb 上升。增加五 Fb 在源节点减少V 通用汽车公司 减少了电流G M × v 通用汽车公司 穿过过速电阻R 1 .最后结果是减少五 在外面 完成预放大器的负反馈循环。 图3 显示闭环增益与。JFET预放大电路的频率响应。

图3 闭环增益相对于。显示频率(赫兹)响应的JFET预放大电路。

JFF150预放大器电路提供非常高的增益在60分贝和一个平面频率响应从大约17赫兹到43千赫。在角频率的清洁滚动提供了自然声音滤波器的音频信号,没有突然在低和高端。该闭环解决方案还在10赫兹的1楼区域和1千赫兹的宽带区域,提供非常低的1.99NV/N2O赫兹的输入输入噪声,见 图4 .确保为该电路提供清洁电源,以免降低其显著性能。

图4 输入引用电压噪声密度相对。频率曲线强调一个闭环解决方案。

在专业的麦克风、音频接口、混音器、转台和吉他放大器等应用中扩大小信号是非常具有挑战性的。这些类型的应用可以受益于偏置灵活性,高输入阻抗和低噪音的离散JFET提供。