Странное поведение схемы с n-JFET-транзистором Опции

[ArtDenis]

Приветствую всех. Пытаюсь эмитировать в LTSpice простой усилитель на n-канальном JFET-транзисторе. Он работает, но есть некоторые странности. Вот схема:

Отрицательное смещение на затворе создаётся за счёт того, что он заземлён через резистор 100 Мом, а исток к земле подключен через небольшщой резистор, так чтобы на нём было примерно 680 мВ. В итоге смещение на затворе получается -680 мВ. На вход схемы через конденсатор 200пф (его не видно на картинке) на вход Sig подаётся синусоида 100 кГц в несколько милливольт. Питание усилителя подаётся на +U (9В).
Так вот. Странность для меня заключается в том, как ведёт себя напряжение в отмеченном красным точке. Оно со временем уменьшается.

Из-за чего это происходит? Это ошибка симуляции или так будет в реальности?

Сообщение отредактировал ArtDenis - Aug 18 2014, 04:21

[Herz]

И до какой степени уменьшается? На картинке оно уменьшилось всего на несколько микровольт.

[HardJoker]

Приветствую всех. Пытаюсь эмитировать в LTSpice простой усилитель на n-канальном JFET-транзисторе. Он работает, но есть некоторые странности. Вот схема:
Так вот. Странность для меня заключается в том, как ведёт себя напряжение в отмеченном красным точке. Оно со временем уменьшается.

Попробуйте параллельно R3 подключить диод Шоттки - анод к точке SIG, катод на землю.

[Herz]

Попробуйте параллельно R3 подключить диод Шоттки - анод к точке SIG, катод на землю.

Зачем?

[yakub_EZ]

Это переходный процесс связанный с запуском схемы. Он будет длиться пока напряжение на конденсаторах не достигнет своей рабочей точки. Дабы насладиться всей картиной переходного процесса рекомендую поставить галку напротив - Skip initial point solution. Тогда схема с момента симуляции будет вести себя как настоящая - все конденсаторы начнут с нулевого напряжения. А анализировать схему уже следует по завершению переходного процесса - возможно это будет несколько секунд.

[ArtDenis]

yakub_EZ, попробовал отключить пропуск начального переходного процесса + удлинил время эмуляции. Получилась ещё более странная картина.



Хотя, если подождать ещё немного, то реальный переходный процесс заканчивается и через 100 миллисекунд всё устаканивается.

В любом случае завтра-послезавтра соберу прототип входного каскада со всеми обвязками и посмотрю как оно работает в реальности

[Tanya]

В любом случае завтра-послезавтра соберу прототип входного каскада со всеми обвязками и посмотрю как оно работает в реальности

Не вижу в этом смысла - Вы же не будете температуру стабилизировать до сотых градуса...

[ArtDenis]

Т.е. напряжение будет сильно гулять в интересующей меня точке в зависимости от температуры?

[Jurenja]

В своей схеме вы используете полевой транзистор с p-n-переходом. У таких транзисторов есть постоянный входной ток, это ток обратно-смещенного перехода затвор-канал. Величина этого тока зависит от напряжения затвор-истор. В цепи затвора вы используете резистор немаленького номинала - 100 МОм. Про подаче на вход (через конденсатор) переменного напряжения происходит изменение рабочей точки из-за наличия вышеупомянутой зависимости тока утечки затвора от напряжения и из-за емкости сток-затвор, чему способствует большой номинал резистора в цепи затвора. Все это приводит к сдвигу напряжения на затворе и, вслед за ним - к сдвигу напряжения на истоке.
Вы не сказали для чего планируете использовать такой усилитель. Но скорее всего особенности, обнаруженные при моделировании, не принесут никаких негативных результатов при практическом использовании такой схемы.

[V_G]

Да, 100 МОм в затворе - нонсенс.
Как и 10 мкФ в истоке для частоты 100 кГц.

[ArtDenis]

100 МОм - это крайний вариант. В процессе отладки прототипа остановился вообще на 1Мом. С 1МОм и сигнал особо не шунтируется а помехи ловятся намного меньше чем с 100Мом.
А 10 мкФ - это попытка остановить тот эффект из-за которого и был создан данный топик. Согласен с тем, что его можно уменьшить в 10-100 раз без потери в усилении.

[Меджикивис]

Для таких маленьких амплитуд сигналов, как у Вас, никакого смещения на полевик и вообще не требуется.
Потому, что пока входной сигнал не превысит +0.5V, переход останется закрытым и в прямом направлении как и в обратном.

[Jurenja]

А 10 мкФ - это попытка остановить тот эффект из-за которого и был создан данный топик. Согласен с тем, что его можно уменьшить в 10-100 раз без потери в усилении.

Тот эффект не из-за 10 мкФ, а из-за 100 МОм.
Какой диапазон частот нужно усиливать? Звук?

Для таких маленьких амплитуд сигналов, как у Вас, никакого смещения на полевик и вообще не требуется.
Потому, что пока входной сигнал не превысит +0.5V, переход останется закрытым и в прямом направлении как и в обратном.

Смещение полезно тем, что уменьшает рабочий ток транзистора и рассеиваемую мощность, и это очень полезно при питании от батарейки/аккума. Транзистор греется меньше - надежность схемы больше. Если входной сигнал миливольты. то работать с большим начальным током бессмысленно. Кроме этого транзистор работает в более линейной части своей характеристики, а это сильно уменьшает искажения.

[Tanya]

Смещение полезно тем, что уменьшает рабочий ток транзистора и рассеиваемую мощность, и это очень полезно при питании от батарейки/аккума. Транзистор греется меньше - надежность схемы больше. Если входной сигнал миливольты. то работать с большим начальным током бессмысленно. Кроме этого транзистор работает в более линейной части своей характеристики, а это сильно уменьшает искажения.

Еще добавлю, что таким образом уменьшается влияние всевозможных дрейфов транзистора. А вот конденсатор особой роли не играет - увеличивает усилиление всего на 20 процентов на высокой частоте.

[Herz]

Еще добавлю, что таким образом уменьшается влияние всевозможных дрейфов транзистора. А вот конденсатор особой роли не играет - увеличивает усилиление всего на 20 процентов на высокой частоте.

Это если крутизна транзистора невысока и уже ограничивает усиление. А вообще - очень даже играет.

[Меджикивис]

Смещение полезно тем, что уменьшает рабочий ток транзистора и рассеиваемую мощность, и это очень полезно при питании от батарейки/аккума. Транзистор греется меньше - надежность схемы больше. Если входной сигнал миливольты. то работать с большим начальным током бессмысленно.

А что мешает уменьшить его, понижая питающее напряжение?

Кроме этого транзистор работает в более линейной части своей характеристики, а это сильно уменьшает искажения.

Про современный импорт не знаю, а советские полевики типа КП103 - 303 и иже с ними, при нуле на затворе имеют линейность больше. Причем она начинает ухудшаться по мере прикрывания транзистора.

[Myron]

А что мешает уменьшить его, понижая питающее напряжение? Про современный импорт не знаю, а советские полевики типа КП103 - 303 и иже с ними, при нуле на затворе имеют линейность больше. Причем она начинает ухудшаться по мере прикрывания транзистора.

Как всегда - компромисс у инженеров. У J-FET, напомню, есть другая особенность, отсутствующая у других транзисторов (присутствует так же у МДП транзисторов) - термостабильная точка при напряжении смещения ниже нуля, которую иногда приходится использовать. См. например http://www.club155.ru/transistors-workpoint-stab-fet

[SmarTrunk]

Термостабильная точка - это да. Но это не отменяет недостатка JFET - большого (раза в два) разброса параметров - начального тока стока и напряжения отсечки. Хотя в советские времена можно было и подобрать. Сам использовал КП103-303 в источниках тока, но с появлением LM334 это стало не актуальным. А в усилителях небольшое изменение тока стока часто некритично.

JFET, при увеличении тока стока (т.е. нуле на затворе относительно истока) имеют еще и максимальную крутизну. Но если сигнал будет слишком сильным, он начнет открывать p-n переход. Такого недостатка нет у depletion mode mosfet, которые в остальном очень похожи.

[Myron]

Термостабильная точка - это да. Но это не отменяет недостатка JFET - большого (раза в два) разброса параметров - начального тока стока и напряжения отсечки. Хотя в советские времена можно было и подобрать.

Естественно не отменяет. Это опция, которая иногда нужна. Подбор/подстройка рабочей точки или транзистора - это нонсенс. Схема должна "держать" разброс параметров, иначе это не схема. Но про возможность и компромисс надо помнить.

[Меджикивис]

Такого недостатка нет у depletion mode mosfet

Были еще советские КП305 и КП313. Они назывались "с изолированным затвором" и положительным напряжением открывались, а отрицательным - закрывались. Полное подобие радиолампы. (Были даже "тетроды" КП306 и КП350.)

[ArtDenis]

Для таких маленьких амплитуд сигналов, как у Вас, никакого смещения на полевик и вообще не требуется.

Симуляция показывает, что коэффициент усиления большинства транзисторов с нулевым смещением минимален. Кроме того, даташиты пишут, что для некоторых транзисторов вообще сток и исток полностью заменяемые, это для меня говорит о том, что при нуле у них вообще не должно быть усиления. Так что похоже не для всех JFET-транзиторов то, что вы говорите справедливо.

Еще добавлю, что таким образом уменьшается влияние всевозможных дрейфов транзистора. А вот конденсатор особой роли не играет - увеличивает усилиление всего на 20 процентов на высокой частоте.

Конкретно с моим типом транзистора, который указан на схеме, разница в усилении с кондёром и без - более 2-х раз.

Тот эффект не из-за 10 мкФ, а из-за 100 МОм.
Какой диапазон частот нужно усиливать? Звук?

Ну вообще на практике эффект оказался незаметен. Насчёт 10 мкФ мне и изначально было ясно. 100 МОм сейчас уже уменьшилось до 1 МОм. А усиливать надо единичные импульсы длительностью порядка сотен наносекунд и амплитудой сотни микровольт.

Сообщение отредактировал ArtDenis - Aug 22 2014, 03:03

[V_G]

Симуляция показывает, что коэффициент усиления большинства транзисторов с нулевым смещением минимален. Кроме того, даташиты пишут, что для некоторых транзисторов вообще сток и исток полностью заменяемые, это для меня говорит о том, что при нуле у них вообще не должно быть усиления.

Ваши рассуждения противоречат теории работы полевого транзистора с обратносмещенным p-n переходом. Что за транзистор вы симулируете?
Даташит симметричных транзисторов pmbfj308-310 в полном соответствии с теорией показывает рост крутизны с приближением смещения на затворе к нулю.