Параметрическая
линеаризация
полевого транзистора
или
Как
сделать
твердотельный
"триод"
Обыкновенно,
при
сравнении
полевого
транзистора
с вакуумной
лампой, его
сравнивают с
пентодом,
поскольку у
транзистора,
как у
пентода,
высокое
выходное
динамическое
сопротивление.
Вакуумный
триод имеет
низкое
внутреннее
сопротивление,
но, с другой стороны,
он обладает
интересным
свойством - повышенной
линейностью
передаточной
характеристики
при работе на
высокоомную
(значительно
превышающую
внутреннее
сопротивление
лампы)
нагрузку. Эта
повышенная
линейность
есть
следствие
параметрической
линеаризации
- при
увеличении
тока через
лампу падает
анодное
напряжение и
крутизна
предаточной
характеристики
остаётся
примерно постоянной,
и искажения
такого
каскада сравнительно
невелики.
Я
применил
подобный же
подход для
линеаризации
передаточной
характеристики
полевого
транзистора.
На первый
взгляд в
схеме (Илл. 1)
нет ничего
необычного -
она
многократно
описана и
приведена в
разных
источниках.
включая,
например,
"Искусство
Схемотехники"
Хоровица и
Хилла (1) . Это
каскодное включение
используется
для
уменьшения
эффекта
Миллера и
увеличения
выходного
сопротивления
каскада по
сравнению с
одиночным
транзистором.
Обычная
рекомендация
при таком
включении -
применение
"верхнего"
транзистора
с
напряжением
затвор-исток в рабочей
точке
заметно выше
перегиба
выходной
характеристики
"нижнего"
транзистора,
для
получения
максимального
выходного сопротивления
и усиления.
Илл. 1
Но,
оказывается,
самое
интересное
происходит,
если выбрать
параметры
транзисторов
таким
образом, что
"нижний"
транзистор
будет
работать, по
существу,
ниже точки
перегиба
выходной
характеристики,
на так
называемом
"активном"
участке с малым
выходным
сопротивлением
стока. При
определённом
сочетании
параметров
транзисторов
"нижний"
транзистор
становится
твердотельным
эквивалентом
вакуумного
триода в
плане
повышенной
линейности
передаточной
характеристики.
Точно так же,
как в триоде
при
увеличении
тока анода
падение анодного
напряжения
сохраняет
крутизну постоянной,
так же и
здесь при
увеличении
тока стока
уменьшение
напряжения
сток-исток
может в нужной
точке
характеристики
сохранять
крутизну
близкой к
постоянной,
"выпрямляя"
передаточную
характеристику.
Как видно на
иллюстрациях
2 и 3 снижение
уровня
искажений может
быть весьма
заметным. В
обоих
случаях
входное напряжение
составляет 100
мВ эфф. На Илл. 2
показан
спектр
выходного
сигнала при
удалении из
схемы
(закорачивании)
"верхнего"
транзистора Q2
(HD2 = 0.06%),
на Илл. 3 - в
каскодном
включении (HD2 = 0.007%) .
Разумеется, R1 имеет
одинаковое
значение в
обоих случаях,
подобранное
для нужной
рабочей
точки в каскодном
включении.
Можно видеть,
что уровень
второй
гармоники
уменьшился
примерно на 18
дБ, хотя
усиление
упало только
на 0.7 dB.
Илл. 2
Илл. 3
Надо отметить, что в данной схеме требуется принять меры по уменьшению температурной зависимости рабочей точки. Я выяснил, что можно найти комбинации транзисторов, которые сохраняют высокий уровень линеаризации передаточной характеристики (в рабочей точке) в широком диапазоне температур. По понятным причинам я не привожу здесь детали - какие именно типы транзисторов я использовал и как именно я произвожу подбор нужных пар. Тем не менее этот метод линеаризации работает достаточно хорошо, чтобы его можно было применять в практических схемах - к примеру я применил эту схему в каскаде УН в усилителе для наушников A.N.T. "Amber" .
Литература: 1) The Art of Electronics, P Horowitz and W Hill, Second Edition, page 129.
Ó2004 Alex Nikitin
London, UK