具有稳定温度特性的快速低噪声JFET放大器

虽然JFET是适用于低成本高输入阻抗放大器的优秀器件，但存在着与温度有关的增益漂移问题。不过只要在-55℃至125℃温度范围内将漏极电流设为零漂移工作点就能改善这个问题。  


图1：J310与J309 JFET的跨导温度曲线特性(安森美)。

我们针对此电路测试了多种JFET：索尼的2SK152-2、Interfet的IFN152以及Siliconix/Vishay/OnSemi的J309，因为它们都具有较高的增益和大约100pA的低栅极漏电流。这些JFET特别适用于1MΩ至1GΩ输入阻抗的放大器设计。这个电路可以轻松地工作到100MHz以上。  


图2：很宽温度范围、增益稳定的快速JFET高阻抗放大器。

此电路的一个优势是工作温度范围很宽(采用JFET时可达-55℃至125℃)。IC1可以保持在室温环境下，用比如数英尺长的PTFE同轴电缆连接进行温度隔离。这样JFET就可以安装在非常冷的环境中以便获得最低的噪声，而低噪声是该设计的一个主要目标。

JFET Q1的输入信号馈送到通过R3偏置到地的栅极(在采用电流源输入情况下这个R3可以选用较低的阻值)。

JFET的源极通过基于IC1的电流到电压反相转换电路进行偏置。对大多数JFET来说将控制静态VGS的电压Vref设置在0到3V之间，目的是使漏极电流位于零漂移中点，这样能给输入信号提供较大的动态范围。通过调整，可以将Q1的Vref工作电流调整到约7mA至10mA，接近于零漂移点。为了设置正确，必须单独分析每个JFET的工作电流。比如对2SK152-2而言，我测试过的1000个JFET的工作电流都在7.5mA±1mA之内。

IC1是一个快速的电流反馈放大器(CFA)：ADI公司±12V至±15V的AD812和±5V的AD8009都得到了成功使用。反馈电阻R2可以从500Ω至5kΩ，还要并联一个100pF的电容C1，以避免发生振荡和过冲。记住，放大器的输出由于偏置输出电路的原因有个电压偏移，因此最适合交流或脉冲信号。在R2/C1组合正确的情况下，10ns至100ns的上升时间是可行的。电流反馈放大器支持的工作增益范围是2到10，由电阻R2进行设置，当增益太高时，放大器容易振荡。

R1提供了测试输出，用于测量流过JFET的电流。它还能产生一个快速的50Ω输出，可直接连接示波器。输出信号与输入相比都是反相的——典型值是±100mV。对于直流偏置信号来说，栅极前面可以用一个约1nf至10nF的耦合电容。