简介： 对比机关JEFT场效应管与2SK241在对于 无线节能组150kHz导航信号放大检波^[1] 电路中的效果。由于150kHz频率比较低，所以测试这些JFET，看是否可以获得更大的放大倍数。

§01 JFET高频放大器

1.设计背景

  为了能够对于 第十六届全国大学生智能车竞赛^[2] 中的 无线节能信标中的150kHz^[1] 充电和导航信号进行放大和检波。测试了 基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路^[3] ，它主要具有以下几个缺点：

• 由于使用中周变压器作为选频LC回路，实测电路体积比较大；

• 直接将接收天线接入放大回路，会产生 电感三点式自激振荡^[4] ;

• 调节比较麻烦。

  在测试基于2SK241的150kHz的高频放大器^[5] 实验了利用2SK241组成的高频放大+倍压检波的电路，完成对于场地内的150kHz的导航信号进行检测电路。发现它的性能远高于基于中周选频放大电路。

  由于导航信号150kHz属于低频，因此下面测试一下基于几款普通JFET来完成对于150kHz信号放大检波的性能。

2.JFET晶体管

  现在手边有的JFET三极管包括有以下三个。

（1）2SK160A

  根据 2SK160A数据手册^[6] 可以知道它的重要应用与RF和AF的放大器。

（2）BF245

BF245数据手册^[7] 给出了BF245的主要参数：

（3）2SK30A

2SK30A 数据手册^[8] 给出了它的主要参数。

→ 参数分析

根据上面三个JFET的参数分析，可以看到他们都适合对于RF信号进行放大。作为放大增益的参数前向转移导纳：，BT245 在三个JFET中最大。

§02 测试BF245

1.电路工作点设计

由于BF245的前向导纳参数比较大，当时，对应的很小，通过数字万用表测量。

  需要通过在源极接入电阻来设置电路工作点。

（1）测试电路

  下图是进行测试电路。通过调节R2的取值来设置T1的工作点。

（2）测试结果

 ◎  工作参数：
   R1：100kΩ
   R3：0Ω
   VCC：+12V

  测量R2电阻从10欧姆变化到1k欧姆，对应的工作电流情况。

【表2-1-2 不同Rds对应工作电流】

（3）选定R2=510Ω

  选定R2为510欧姆，测试T1的工作点为。

 ◎  T1的工作点：
   源极电压Vs：3.753V
   静态工作电流Id：8.1mA
   栅极电压：0V

  选择源极旁路电容C1的容值为1uF，对应Hz对应的容抗为：

2.扼流电感

  在测试基于2SK241的150kHz的高频放大器^[4]使用了1.7kΩ作为T1的漏极负载，这会消耗一部分可用的电压。为此选择扼流电感作为T1的负载。希望扼流电感对应的阻抗大于2kΩ。

  在下，对应的电感量：

  手边有如下的环形电感，电感值:。

  选择环形电感，避免使用工字型电感是为了避免扼流圈与天线之间形成耦合。

3.放大整流

（1）电路图

  放大整流电路如下图所示：

（2）面包板上的测试电路

（3）输出波形与电压

  将信标无线发射线圈放置在测试电路2米的距离。测量所得到的T1的漏极波形如下图所示。倍压整流电压为：603.7mV。

  将无线发送线圈的关闭。此时依然能够在T1的漏极测量到相应的波形信号。倍压检波输出依然有43.56mV。

  这说明在扼流线圈与接收线圈中存在耦合形成电路的自激振荡.

4.扼流线圈改成电阻

  将扼流线圈修改成电阻。根据Vgs之间的电压为3.753V，所以Vds之间的电压为（12-Vgs=8.247V）。取T1工作点在Vds中电，也就是 4.124V，那么对应工作电流下， 对应的漏极电阻

  取470欧姆作为T1漏极电阻。此时T1的工作点为：

 ◎  T1的工作点：
   Vd：8.28V
   Vs：3.72V
   Id：8mA

  此时T1的集电极就没有振荡信号了。打开无线节能线圈（2米距离），测量对应的波形。倍压整流输出为：119.9mV。

→ 测试总结

  通过上述测量，会发现，对于JFET 前向转移导纳比较大的BF245并没有能够发挥出它应由的高增益的特点。由于手边没有高电感值的电感，这使得为了形成很好的工作点，所选取的漏极电阻只能很小，这也就限制了增益的提高。

  将源极电阻Rs和漏极电阻Rd都更换为2.5kΩ，可以提高整个电路的增益。

 ◎  T1的工作点：
   Vd：7.58
   Vs：4.41
   Id：1.9mA

  倍压整流后的电压：267mA

§03 测试2SK30A

1.测试电路

  采用与测试基于2SK241的150kHz的高频放大器^[4]相同的电路。由于2SK30A输入电容与2SK241不同，需要通过调整C2来使得接收天线重新达到150kHz谐振。

 ◎  T1工作点：
   Vd：6.28V
   Id：2.4mA

2.放大信号测量

  倍压整流输出信号幅值：279.8mV.

3.对比2SK241

  为了对比2SK30A与2SK241的增益，直接在上面的电路，将2SK30A更换成2SK241，对比放大检波输出。

  刚软成2SK241之后，重新调整C2使得接收天线达到谐振。放大波形如下图所示。倍压检波输出885.1mV。

※ 实验结果总结 ※

  通过对比BF245，2SK30A 组成对于150kHz信号放大检波，可以看到它们所组成的电路在放大性能方面都不如2SK241。

1.对2SK241电阻更换成扼流圈

  突发奇想，对于2SK241组成的电路，将它的2.5k电阻更换成2.75mH的扼流圈。也就是在【2-2】中所使用的扼流圈。电路居然没有振荡。而且电路的增益也略有增加。

  为什么对于BF245使用扼流圈电路会有震动，而使用2SK241没有振荡呢？也许这个答案需要由这两个三极管的反馈电容的大小差异。

 ◎ 两个JFET的反馈电容：
   2SK241 ：
   BF245：

  可以看到2SK241的反馈电容远远小于BF245对应的反馈电容。这个电容如果大了，就会形成Hartley电感三点式振荡器。这一点在 如鲠在喉的电路 - 当BJT的负载和输入都呈电感特性时的 Hartley振荡器^[3] 进行讨论过。

  为什么2SK241的反馈电容这么，这是由于它内部结构所决定：

  参加柃木宪次所著《高频电路设计与制作》书中所介绍，2SK241内部是级联结构，如下图所示。这就使得它反馈电容非常小。

参考资料