在低噪聲電路中放大傳感器产生的小信號是一個非常普遍但困難的問題。策劃者通常會使用帶有雙極輸入的運算放大器來達成這種放大,因為他們固有的低閃烁(1/F)和寬帶噪聲。雙極OP安培提出了另一個挑戰,當小信號感興趣是产生的傳感器的高源阻抗,不能供應足夠的電流到放大器的輸入。雙極OPS電流在納米安培範圍或更大範圍內具有較高的輸入偏置電流,相對於它們的離子和結場效應晶體管(JFET)的輸入阻抗較低。

雙極輸入將加載一個傳感器,比如一個高源阻阻麥克風,它可以产生數千伏級的信號。這種負載將降低音頻音質和動態範圍,扭曲信號.你可以選擇一個帶有JFET前端的操作放大器,比如 OPA145 來自德克薩斯的儀器;然而,你將無法像使用離散組件那樣靈活地對電路進行偏置,你可能會犧牲額外的電流來獲得相對於20千赫茲的音頻信號帶寬而言不需要的帶寬。

而CMOS和JFT輸入級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(跨導性)。像钛這樣一個離散的 JFE150 ,然後是雙極放大器 OPA202 ,確實供應了一種方法,以達成高輸入阻抗和低噪音的靈活的偏置( 圖1 ).

圖1 JFET預放大器閉環電路有利於低噪聲的靈活偏射。

為了了解這個電路的操作,讓我們從輸入處檢查它開始。傳感器將产生小信號輸入電壓(V 在…中 ),調節通源電壓(V 通用汽車公司 )。JFF150是預放大電源模塊電路中的第一個增益階段,它具有小信號流到源電流,I 數據交換系統 =G M × v 通用汽車公司 與V波動 在…中 .小信號電流,我 數據交換系統 ,不要與直流偏置電流混淆,我 數據交換系統 =2馬,如圖1所示。跨電導增益參數(G) M )的表達方式 通用汽車公司 是用伏特來表達的。

與電阻R組合 1 ,OPA202放大器形成一個横頻放大器,轉換電流G。 M × v 通用汽車公司 對電壓,V 在外面 .OPA202放大器將驅動循環,以保持其輸入端子大致相等。結果,目前的大部分G M × v 通用汽車公司 會通過電阻R 1 在中頻下,在V處产生放大電壓 在外面 .方程1計算向前的飼料增益(A) v ):

Av ≈ gm × R1 (V/V) (1)

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

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

圖2 千分之一 M (b)相對於頻率(赫茲)圖用於將分貝轉換為西門子。

方程3和方程4表明,向前的飼料增益是:

Av = 15.7 mS × 1 MΩ = 15.7 kV/V (3)

AdB = 83.92 dB (4)

因為晶圓過程的變化可以产生高達30%的變化 M 添加一個反饋網絡,將保持可預測的閉環增益。反饋網絡由數模電阻器R組成 F2 , R S1 和R S2 和電容c s 是一個串行反饋網絡。新網絡樣本五 在外面 通過分流OPA202的輸出並反饋一個比例電壓V Fb 與V系列 通用汽車公司 .在頻率,c s 成為一個簡短的,方程5和方程6表示小信號增益的近似:

Acl ≈ RF/RS2 + 1 (5)

Acl ≈ 1001 V/V or 60 dB (6)

JFET的源節點是電路的反饋和匯總節點。在這個配置中,循環是關閉的。如果V 在外面 上升,然後是V Fb 上升。增加五 Fb 在源節點減少V 通用汽車公司 減少了電流G M × v 通用汽車公司 穿過過速電阻R 1 .最後結果是減少五 在外面 完成預放大器的負反饋循環。 圖3 顯示閉環增益與。JFET預放大電路的頻率響應。

圖3 閉環增益相對於。顯示頻率(赫茲)響應的JFET預放大電路。

JFF150預放大器電路供應非常高的增益在60分貝和一個平面頻率響應從大約17赫茲到43千赫。在角頻率的清潔滾動供應了自然聲音濾波器的音頻信號,沒有突然在低和高端。該閉環解決方案還在10赫茲的1樓區域和1千赫茲的寬帶區域,供應非常低的1.99NV/N2O赫茲的輸入輸入噪聲,見 圖4 .確保為該電路供應清潔電源,以免降低其顯著性能。

圖4 輸入引用電壓噪聲密度相對。頻率曲線強調一個閉環解決方案。

在專業的麥克風、音頻接口、混音器、轉臺和吉他放大器等應用中擴大小信號是非常具有挑戰性的。這些類型的應用可以受益於偏置靈活性,高輸入阻抗和低噪音的離散JFET供應。