在低噪聲電路中放大傳感器產(chǎn)生的小信號(hào)是一個(gè)非常普遍但困難的問(wèn)題。設(shè)計(jì)者通常會(huì)使用帶有雙極輸入的運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)這種放大,因?yàn)樗麄児逃械牡烷W爍(1/F)和寬帶噪聲。雙極OP安培提出了另一個(gè)挑戰(zhàn),當(dāng)小信號(hào)感興趣是產(chǎn)生的傳感器的高源阻抗,不能提供足夠的電流到放大器的輸入。雙極OPS電流在納米安培范圍或更大范圍內(nèi)具有較高的輸入偏置電流,相對(duì)于它們的離子和結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)的輸入阻抗較低。

雙極輸入將加載一個(gè)傳感器,比如一個(gè)高源阻阻麥克風(fēng),它可以產(chǎn)生數(shù)千伏級(jí)的信號(hào)。這種負(fù)載將降低音頻音質(zhì)和動(dòng)態(tài)范圍,扭曲信號(hào).你可以選擇一個(gè)帶有JFET前端的操作放大器,比如?OPA145 來(lái)自德克薩斯的儀器;然而,你將無(wú)法像使用離散組件那樣靈活地對(duì)電路進(jìn)行偏置,你可能會(huì)犧牲額外的電流來(lái)獲得相對(duì)于20千赫茲的音頻信號(hào)帶寬而言不需要的帶寬。

而CMOS和JFT輸入級(jí)具有相似的偏置電流,JFT器件具有更好的噪聲性能。此外,jfets具有比CMOS器件更高的增益(跨導(dǎo)性)。像鈦這樣一個(gè)離散的?JFE150 ,然后是雙極放大器?OPA202 ,確實(shí)提供了一種方法,以實(shí)現(xiàn)高輸入阻抗和低噪音的靈活的偏置( 圖1 ).

圖1 JFET預(yù)放大器閉環(huán)電路有利于低噪聲的靈活偏射。

為了了解這個(gè)電路的操作,讓我們從輸入處檢查它開(kāi)始。傳感器將產(chǎn)生小信號(hào)輸入電壓(V 在…中 ),調(diào)節(jié)通源電壓(V 通用汽車公司 )。JFF150是預(yù)放大電路中的第一個(gè)增益階段,它具有小信號(hào)流到源電流,I 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) =G M × v 通用汽車公司 與V波動(dòng) 在…中 .小信號(hào)電流,我 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) ,不要與直流偏置電流混淆,我 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) =2馬,如圖1所示。跨電導(dǎo)增益參數(shù)(G) M )的表達(dá)方式 通用汽車公司 是用伏特來(lái)表達(dá)的。

與電阻R組合 1 ,OPA202放大器形成一個(gè)橫頻放大器,轉(zhuǎn)換電流G。 M × v 通用汽車公司 對(duì)電壓,V 在外面 .OPA202放大器將驅(qū)動(dòng)循環(huán),以保持其輸入端子大致相等。結(jié)果,目前的大部分G M × v 通用汽車公司 會(huì)通過(guò)電阻R 1 在中頻下,在V處產(chǎn)生放大電壓 在外面 .方程1計(jì)算向前的飼料增益(A) v ):

Av ≈ gm × R1 (V/V) (1)

你可以把G轉(zhuǎn)換成 M 從分貝到西門子(MA/V) -1 ,如方程2所示,使用模擬測(cè)量 圖2 .

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

圖2 千分之一 M (b)相對(duì)于頻率(赫茲)圖用于將分貝轉(zhuǎn)換為西門子。

方程3和方程4表明,向前的飼料增益是:

Av = 15.7 mS × 1 M? = 15.7 kV/V (3)

AdB = 83.92 dB (4)

因?yàn)榫A過(guò)程的變化可以產(chǎn)生高達(dá)30%的變化 M 添加一個(gè)反饋網(wǎng)絡(luò),將保持可預(yù)測(cè)的閉環(huán)增益。反饋網(wǎng)絡(luò)由數(shù)模電阻器R組成 F2 , R S1 和R S2 和電容c s 是一個(gè)串行反饋網(wǎng)絡(luò)。新網(wǎng)絡(luò)樣本五 在外面 通過(guò)分流OPA202的輸出并反饋一個(gè)比例電壓V Fb 與V系列 通用汽車公司 .在頻率,c s 成為一個(gè)簡(jiǎn)短的,方程5和方程6表示小信號(hào)增益的近似:

Acl ≈ RF/RS2 + 1 (5)

Acl ≈ 1001 V/V or 60 dB (6)

JFET的源節(jié)點(diǎn)是電路的反饋和匯總節(jié)點(diǎn)。在這個(gè)配置中,循環(huán)是關(guān)閉的。如果V 在外面 上升,然后是V Fb 上升。增加五 Fb 在源節(jié)點(diǎn)減少V 通用汽車公司 減少了電流G M × v 通用汽車公司 穿過(guò)過(guò)速電阻R 1 .最后結(jié)果是減少五 在外面 完成預(yù)放大器的負(fù)反饋循環(huán)。 圖3 顯示閉環(huán)增益與。JFET預(yù)放大電路的頻率響應(yīng)。

圖3 閉環(huán)增益相對(duì)于。顯示頻率(赫茲)響應(yīng)的JFET預(yù)放大電路。

JFF150預(yù)放大器電路提供非常高的增益在60分貝和一個(gè)平面頻率響應(yīng)從大約17赫茲到43千赫。在角頻率的清潔滾動(dòng)提供了自然聲音濾波器的音頻信號(hào),沒(méi)有突然在低和高端。該閉環(huán)解決方案還在10赫茲的1樓區(qū)域和1千赫茲的寬帶區(qū)域,提供非常低的1.99NV/N2O赫茲的輸入輸入噪聲,見(jiàn) 圖4 .確保為該電路提供清潔電源,以免降低其顯著性能。

圖4 輸入引用電壓噪聲密度相對(duì)。頻率曲線強(qiáng)調(diào)一個(gè)閉環(huán)解決方案。

在專業(yè)的麥克風(fēng)、音頻接口、混音器、轉(zhuǎn)臺(tái)和吉他放大器等應(yīng)用中擴(kuò)大小信號(hào)是非常具有挑戰(zhàn)性的。這些類型的應(yīng)用可以受益于偏置靈活性,高輸入阻抗和低噪音的離散JFET提供。