2.8. Способы улучшения качественных показателей регуляторов усиления на пт

Для создания высококачественного устройства с электронным регулятором усиления на ПТ необходимо:

- правильно выбрать схему регулятора и ее местоположение в схеме всего устройства;

- правильно выбрать тип регулируемых элементов и их исходный режим;

- предусмотреть меры по улучшению температурной стабильности характеристик ПТ;

- предусмотреть меры по уменьшению нелинейных искажений, вносимых ПТ.

При выборе схемы и местоположения регулятора на ПТ следует руководствоваться требованиями технического задания к нелинейности, к частотной характеристике, к диапазону регулирования и к шумовым свойствам разрабатываемого устройства. Особенности основных типов регуляторов усиления на ПТ рассматриваются в п. 2.9. Здесь же необходимо отметить, что с точки зрения нелинейных искажений вносимых регулятором на ПТ, последний целесообразно размещать как можно ближе ко входу разрабатываемого устройства. Следует помнить, что нелинейные искажения регулятора на ПТ прямо пропорциональны амплитуде регулируемого сигнала.

Регуляторы потенциометрического типа на ПТ в процессе регулировки усиления ухудшают соотношение сигнал/шум. Поэтому их нецелесообразно ставить во входных каскадах разрабатываемых устройств. Напряжение собственных шумов регулятора усиления при минимальном коэффициенте передачи должно быть существенно ниже (в высококачественных регуляторах на 20 дБ) напряжения регулируемого сигнала. С точки зрения уровня собственных шумов в регуляторах целесообразно использовать ПТ с p-n-переходом и каналом n типа, имеющие высокие значения крутизны.

Для обеспечения малых нелинейных искажений и широкого диапазона регулирования в регуляторах целесообразно использовать ПТ с высокими значениями крутизны и высокими напряжениями запирания. Если однозвенный регулятор не удовлетворяет требованиям технического задания, то используют каскадное соединение регуляторов.

Уменьшить нелинейные искажения, вносимые регулятором на ПТ, а также увеличить максимальное допустимое значение амплитуды входного сигнала можно посредством линеаризации стоковых характеристик.

Принцип линеаризации заключается в подаче части напряжения с канала ПТ на затвор. На рисунке 2.20 кривая 1 изображает выходную характеристику ПТ до линеаризации. Эта характеристика нелинейна и ассиметрична. У транзисторов простой конструкции она близка к квадратичной параболе. Охватив ПТ цепью линеаризации, удается получить выходную характеристику, имеющую вид кривой 2. Влияние цепи линеаризации иллюстрирует кривая 3 на рис 2.20.

Рис. 2.20. Способ линеаризации ВАХ ПТ

В пределах крутой области характеристики ПТ использующие цепь линеаризации становятся симметричными и значительно более линейными. Эффективность линеаризации зависит от степени приближения реальных характеристик ПТ к идеализированным. Схема регулятора потенциометрического типа с параллельным включением ПТ с линеаризованным стоковыми характеристиками приведена на рисунке 2.21. Чтобы не уменьшать диапазона регулирования, линеаризацию стоковых характеристик производят с помощью резисторов R₃₁ и R₃₂, сопротивления которых значительно превосходят максимальное сопротивление канала ПТ. В случае использования в регуляторе МДП-транзистора необходимо учитывать, что подложка управляет проводимостью канала, как второй затвор. Поэтому целесообразно симметрировать потенциал подложки относительно канала.

Рис. 2.21. Схема регулятора потенциометрического типа с линеаризацией ВАХ

В схеме рисунка 2.21 это производится с помощью резисторов R_П1 и R_П2. В некоторых случаях можно использовать МДП ПТ с отключенной подложкой (в так называемом режиме с «плавающей» подложкой) или соединить ее со стоком. Если спектры регулирующего и регулируемого сигналов не разнесены, то линеаризацию стоковых характеристик целесообразно осуществлять с помощью дополнительного каскада с высоким входным и низким выходным сопротивлениями. При этом сигнал с канала ПТ подается на вход усилителя, а выход усилителя подключается к затвору ПТ. Необходимый коэффициент передачи дополнительного каскада составляет примерно 0,5.

Схема регулятора на рисунке 2.21 по сравнению с аналогичной схемой без линеаризации стоковых характеристик для реализации одинаковых диапазонов регулирования требует в 2 раза больше регулирующего напряжения (при R₃₁ = R₃₂). Избежать этого недостатка можно, подключив R₃₁ к стоку ПТ через разделительный конденсатор.

Существенного уменьшения нелинейных искажений можно добиться использованием двухтактных регулируемых каскадов на ПТ.

При применениях в схемах МДП ПТ нуждаются в схемах защиты затвора, во избежание пробоя диэлектрика электрическими зарядами.

С точки зрения частотных искажений в регуляторах целесообразно использовать ПТ с максимальным отношением крутизны к проходной емкости.

С точки зрения температурных характеристик в регуляторах целесообразно использовать МДП ПТ, имеющие, как правило, меньшую зависимость крутизны и проводимости от температуры, чем ПТ с p-n-переходом. У любого ПТ с p-n-переходом, имеющего напряжение отсечки более 1В при регулировании усиления температурные коэффициенты проводимости и крутизны меняются и могут принимать значения положительное, отрицательное или равное нулю.

Термостабилизацию коэффициента передачи регулятора на ПТ можно осуществить ценой уменьшения диапазона регулирования, включив в цепь канала ПТ резистор. Другим способом термостабилизации является подача управляющего напряжения на ПТ с температурно-зависимого делителя.

В устройствах, где требуется высокая стабильность регулировочной характеристики целесообразно принимать термостатирование.