分析方法:BJT RFI整流
實驗表明,與具有FET輸入的類似器件相比,BJT輸入器件具有更高的RFI整流靈敏度,可以采用分析性更強的方法來解釋這一現(xiàn)象。
RF電路設計人員早就知道,由于具備非線性I-V特性,PN結二極管是有效的整流器。HF正弦波輸入的BJT晶體管電流輸出頻譜分析表明,器件偏置越接近“膝部”,非線性就越高。這會進而使其用作檢波器時更為有效。這一點在低功耗運算放大器中尤為重要,此時輸入晶體管在極低集電極電流時會發(fā)生偏置。
參考文獻1中說明了BJT集電極電流的整流分析方法,在此恕不贅述,除非需要作出重要結論。這些結果表明,原始二次二階項可以簡化為頻率相關項△ic(AC)(兩倍輸入頻率下)和直流項△ic(DC)。后一項可以采用公式2表示,整流直流項的最終形式為:
公式1
該公式表明,二階項的直流成分與HF噪聲幅度VX的平方以及晶體管的靜態(tài)集電極電流IC成正比。為了表明整流的這一特點,注意,在IC為1 mA條件下工作、具有10 mVpeak高頻信號沖擊的雙極性晶體管的直流集電極電流變化約為38μA。
減少整流集電極電流需要減少靜態(tài)電流或干擾幅度。由于運算放大器和儀表放大器輸入級很少提供可調整靜態(tài)集電極電流,迄今為止,減少干擾噪聲VX水平還是最佳(也幾乎是唯一)解決方案。例如,將干擾幅度減少2倍至5 mVpeak后,會使整流集電極電流產生4到1的凈減少量。顯然,這說明必須使雜散HF信號遠離RFI敏感放大器輸入端。
分析方法:FET RFI整流
參考文獻1中也說明了JFET漏極電流的整流分析方法,在此恕不贅述。類似的方法也用于FET漏極電流整流分析,該電流與施加到其柵極的小電壓VX成函數(shù)關系。公式2概括了FET漏極電流二階整流項的評估結果。和BJT一樣,F(xiàn)ET二階項也有交流和直流成分。此處給出了整流漏極電流直流項的簡化公式,其中整流直流漏極電流與雜散信號,即VX幅度的平方成正比。
但是,公式2也說明,由FET和BJT產生的整流度的差異非常重要。
公式 2
但是,在BJT中,集電極電流的變化與其靜態(tài)集電極電流水平存在直接關系,JFET漏極電流的變化與處于零柵極-源極電壓的漏極電流IDSS成正比,與其通道夾斷電壓VP的平方成反比,參數(shù)為幾何參數(shù),取決于過程。通常,用于儀表放大器和運算放大器輸入級的JFET偏置時的靜態(tài)電流約0.5·IDSS。因此,JFET漏極電流的變化與其靜態(tài)漏極電流無關,所以也和工作點無關。
圖2所示為BJT和FET之間二階整流直流項的定量比較。本例中,雙極性晶體管具有576μm2的單位發(fā)射面積,相對于用于20μA IDSS和2 V夾斷電壓的單位面積JFET。每個器件都在10μA條件下偏置,工作溫度TA = 25℃。
圖2:BJT與JFET相對靈敏度比較
在相同的靜態(tài)電流水平下,雙極性晶體管中集電極電流的變化比JFET漏極電流的變化約大1500倍,這一結論非常重要。這就可以解釋為什么FET輸入放大器表現(xiàn)出的靈敏度小于大幅度HF激勵。因此,它們可以提供更多RFI整流抗擾度。
根據(jù)上述內容,可以作出如下總結:由于用戶幾乎無法查看放大器的內部電路,防止因RFI導致IC電路性能下降對IC外部電路而言就顯得尤為重要。
上述分析表明,無論采用哪種類型的放大器,RFI整流都與干擾信號幅度的平方成正比。因此,為了盡可能減少精密放大器中的RFI整流,必須在輸入級之前減少或消除干擾電平。減少或消除干擾噪聲的最直接方法是適當濾波。
評論
查看更多