将 FET 用于电压控制电路的指南，第 2 部分

之前我们研究了 FET 压控电阻器、基本压控电阻器电路以及平衡或推挽压控电阻器 (VCR) 电路。接下来，我们来看看带反馈的 N 沟道 JFET 衰减器电路(图 8)。

图 8 反馈电阻器 R3 和 R4 可减少失真。

如果我们回头参考第 1 部分中的图 2，对于没有反馈电阻器的压控电阻器，我们会看到，当 VDS > 0 伏时，电阻高于 VDS 时的电阻值。

直观地说，如果 VDS > 0 伏或图 8中的正值，则 VDS(Q1 漏极和源极两端的电压)正电压的一部分通过 R3 添加到栅极电压。当与 VR1 的滑块电压结合使用时，这使得栅极的负值较小，这意味着当 VDS > 0 伏时，漏极到源极的电阻会下降。

因此，VDS > 0 V 时的电阻和 VDS

请注意，当 R3 = R4 时，R3 和 R4 提供返回栅极的 VDS 电压的一半。让我们看看为什么这有利于消除失真。

我们希望消除与 ( V DS /V P ) ( V DS /V P )相关的项，以便当我们求 I d 对 V的导数时， 电导 (g ds ) 只是V GS 的函数ds。对于线性电导，我们仍然需要漏极电流方程中的 V ds 项，该项乘以常数或与控制电压相关的因子。

设V gs = Vc + k V ds ，其中 Vc 为控制电压，0

2k = 1

k = 1/2

对于反馈电阻R3和R4

k = 1/2 = R 4/( R 3 + R 4)

这意味着反馈系数k = 1/2 时 R3 = R4。

其中V gs = Vc + kV ds

k = 1/2

k = 0.5

Vgs = Vc + 0.5 Vds

图 9 显示了带有反馈电阻以降低失真的 P 沟道 JFET 版本。

图 9 示例 P 沟道压控电阻电路，带有反馈电阻网络 R3 和 R4，以降低失真。

如果您注意到图 8 和图 9中的情况，反馈电阻网络使用高电阻值，以允许 FET(例如图 8 和图 9中的 Q1 和 Q2 )漏源电阻在与 R2 形成分压器时占主导地位。

例如，如果 R3 和 R4 = 22KΩ，则将有一个大约 44KΩ 的电阻器与 R5 和 FET 的漏源电阻并联。这个 2KΩ 电阻将“消除”FET 的一些 R ds 效应。当 FET 处于截止状态(例如，电阻无穷大)且 R2 = 47KΩ 时，这将不允许输入信号 Vin 基本上无衰减地通过。

使用反馈网络来减少失真也可以应用于增强型 MOSFET(图 10)。

图 10 带有反馈网络以减少失真的 N 沟道 MOSFET 压控衰减器电路。

如附录A所示，反馈网络R3和R4应该是相等的电阻，以消除增强器件的失真。然而，在某些情况下，使用缓冲放大器可以更好地减少失真(例如，图 14)。

P 沟道版本如图 11所示。

图 11 具有失真降低网络 R3 和 R4 的 P 沟道 MOSFET 压控衰减器。

改进失真减少电路

图 8、9、10 和 11 具有反馈电阻网络 R3 和 R4，以降低失真。以这种方式减少失真有一些缺点：

1) 仅使用非常大阻值的电阻器R3和R4，这限制了衰减范围。

2) 电阻网络连接到控制电压，该控制电压将通过 R3 和 R4 将轻微的直流电压或控制偏置电压泄漏到漏极端子。

3) 电阻网络 R3 和 R4 将栅极的控制电压范围减半。如果 FET 具有高夹断电压(例如 – 10 伏)，则需要 – 20 伏控制电压。

为了改进上面的 #1 和 #2，图 12、13、14 和 15 显示，通过利用电压跟随器 U1A，可以将缓冲的漏极到源极电压反馈回栅极。

图 12 通过 U1A 的缓冲反馈方法，可减少通过 R3 和 R4 网络到达 N 沟道 FET 栅极的失真。

可以降低 R3 和 R4 的电阻值，而不会限制衰减范围。

请注意，没有添加任何其他部件。我们仅使用现有的输出缓冲放大器 U1A。可以看出，电阻器 R3 和 R4 不再将任何 DC 偏置或控制电压添加回 FET 的漏极端子。更重要的是，R3 和 R4 的串联电阻不再与 R5 和 FET 的漏源电压控制电阻并联。

另外，R3 和 R4 可以是较低值的电阻器，以便控制电压可以在较高频率下运行，而不必担心 FET 的栅源电容会降低频率响应。

同样，图 13 显示了 P 沟道 JFET 示例，图 14 和 15 显示了 MOSFET 版本。

图 13 P 沟道 JFET 压控电阻器，具有通过缓冲放大器 U1A 减少失真的网络。

无论信号是否被缓冲，通过反馈电阻网络 R3 和 R4 减少失真通常效果良好。然而，至少在 MOSFET 的一个示例中，改进缓冲器比将 R3 连接在漏极和栅极上更能降低失真(图 14)。

图 14 通过缓冲放大器 U1A 减少失真的 N 沟道 MOSFET 版本。

对于 N 沟道 MOSFET(例如 SD5000 DMOS 器件)，使用缓冲放大器 U1A(或等效放大器)比将 R3 连接到漏极和栅极以及将 R4 连接到控制电压和栅极更好地减少失真。 有关 P 沟道示例，请参见图 15 。

图 15 P 沟道 MOSFET 衰减器电路，通过带有 R3 和 R4 的电压跟随器 U1A 减少失真。

在图12、13、14和15中，失真减小并且反馈电阻器R3与FET的漏极隔离。然而，我们应该观察到进入 FET 栅极的控制电压 Vcont 衰减了 50%。

我们可以使用求和放大器将整个控制电压传输到栅极，如图16 和 17所示。这样我们就不需要两倍的控制电压。

图 16 由 U1B 和 U3A 组成的求和放大器电路可以避免进入 Q1A 栅极的控制电压衰减。

为了提供从漏极返回栅极的失真减少反馈，缓冲放大器 U1A 将漏极电压耦合到 R2。由于 U1B 的反馈电阻器 R4 (10KΩ) 是 R2 (20KΩ) 电阻的一半，因此 U1B 引脚 7 处的增益为 – 0.5。单位增益反相放大器电路通过 R5、R6 和 U3A 反转引脚 7 U1B 的相位，以便将来自 Q1A 漏极的电压的一半发送到其栅极。控制电压通过VR1无衰减地发送至Q1A的栅极。这是通过包括 U1B 和 U3A 的求和放大器电路完成的。图16 显示了一个 N 沟道 JFET Q1A，其中控制电压从 0V 变化到 –V。如果将 N 沟道 JFET 更改为 P 沟道 JFET，则控制电压将从 0 V 变化到 + V。电阻器 R7 可为 FET 的栅极提供一些保护，以防电源启动条件导致正向偏置栅极到源极结。

图 17 通过 U1B 和 U3A 求和放大器可以无衰减地传输来自 VR1 的控制电压。

同样，对于图 17中的 N 沟道 MOSFET ，我们将一半的漏极信号电压通过 U1B 和 U3A 传输回栅极。 R2 和 R4 在 U1B 引脚 7 处形成 50% 反相增益放大器。单位增益反相放大器 U3 与 R5 和 R6 反转 U1B 引脚 7 的相位，使得 50% 的漏极信号电压耦合到 U2A 的栅极。 VR1 通过单位增益放大器(包括具有 R3 和 R4 的 U1B 以及具有 R5 和 R6 的 U3A)传输其完全控制电压 U2A 的栅极。

对于 N 沟道 MOSFET，控制电压的变化范围为 0 V 至 +V;对于 P 沟道器件，控制电压的变化范围为 0 V 至 – V。