[其他]結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管電阻式差動(dòng)放大器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 101985000006483
• 申請(qǐng)日: 1985-08-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1004853B
• 公開(kāi)（公告）日: 1989-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肯尼思·艾倫·賴德?tīng)?/a>;托馬斯·約瑟·梅戈
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 基思利儀器公司
• 代理公司: 中國(guó)專利代理有限公司
• 代理人: 吳秉芬

這里ＪＦＥＴ晶體管差動(dòng)放大器對(duì)電表運(yùn)算放大器來(lái)說(shuō)作為輸入級(jí)，它呈現(xiàn)高輸入阻抗和低泄漏電流。此目的的實(shí)現(xiàn)是由給ＪＦＥＴ晶體管加置偏壓使其工作在漏極電流－－柵源電壓特性曲線的電阻區(qū)而不是飽和區(qū)。

本發(fā)明與差動(dòng)放大器的技術(shù)有關(guān)，特別是與工作在電阻區(qū)的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大器有關(guān)。

差動(dòng)放大器在此將作為電表的輸入級(jí)被描述，但是本發(fā)明可以應(yīng)用于其它方面，如測(cè)量電壓時(shí)呈現(xiàn)高輸入阻抗的放大器和測(cè)量電流時(shí)呈現(xiàn)低輸入偏壓電流或泄放電流的放大器。

差動(dòng)放大器經(jīng)常用于測(cè)量電壓和電流，并且經(jīng)常用在電表的輸入級(jí)。人們?cè)诩夹g(shù)上對(duì)于電表已十分了解，它通常主要用來(lái)測(cè)量直流電壓和電流，而且還包括許多參數(shù)的擴(kuò)展測(cè)量，如電阻或電荷的測(cè)量。對(duì)于電壓的測(cè)量，該儀表的顯著特點(diǎn)是具有高輸入電阻，其典型值在10¹³到10¹⁵歐姆之間。這對(duì)于用普通數(shù)字伏特計(jì)（DVM）在可能引起過(guò)載的情況下測(cè)量具有高串連電阻電源的電壓來(lái)說(shuō)是重要的。例如測(cè)量電化學(xué)電動(dòng)勢(shì)或PH值時(shí)，電表要有高輸入電阻。

當(dāng)電表用于測(cè)量電流時(shí)，它應(yīng)呈現(xiàn)非常低的輸入偏壓電流（泄放電流），因?yàn)殡姳淼奈⑽才鄼n的電流分辨能力可以在fA（10^-15A）或aA（10^-18A）的范圍內(nèi)。電表微微安培檔的主要用途是靠跨接在與微微安培計(jì)串聯(lián)的電阻上的外加電壓來(lái)測(cè)量非常高的電阻，其阻值在10¹²到10¹⁶歐姆。

為了使電表的輸入級(jí)具有高輸入阻抗和低泄放電流，通常使用的輸入級(jí)由金屬一氧化物一半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）組成。金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為差動(dòng)放大器的輸入級(jí)，有時(shí)差動(dòng)放大器被當(dāng)作運(yùn)算放大器或者OP-AMP。在提供給伊朗國(guó)王的美國(guó)專利3，654，468號(hào)中已有把MOSFET OP-AMP輸入級(jí)用于電表中的實(shí)例。具有這樣的輸入級(jí)的電表已呈現(xiàn)所希望的高輸入阻抗和低泄放（或輸入偏壓）電流。但是，由MOSFET晶體管所實(shí)現(xiàn)的高輸入阻抗主要取決于薄二氧化硅層或稱為柵絕緣層的絕緣特性。這樣的電路在呈現(xiàn)所希望的低輸入偏壓電流特性的同時(shí)，它還具有較差的過(guò)載特性，除非提供適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)電路。例如，30伏或者更高的輸入電壓瞬態(tài)可能引起柵絕緣層的擊穿或者破壞。另外，這種MOSFET晶體管常常需要精細(xì)的補(bǔ)償，溫度補(bǔ)償，共模抑制，噪聲以及偏壓電流選擇，而這些補(bǔ)償和選擇的效果可能是間歇式的，低效率的與批數(shù)有關(guān)的。

已知過(guò)去使用JFET晶體管代替MOSFET晶體管作為電表的輸入級(jí)。這樣的JFET晶體管連接在差動(dòng)放大器中，和MOSFET晶體管相比顯示了改進(jìn)的電壓特性，但輸入偏壓電流轉(zhuǎn)高，例如，高達(dá)10倍。而MOSFET輸入的呈現(xiàn)低偏壓電流，其數(shù)量級(jí)小于5fA（5×10^-15A）。另一方面，已知JFET輸入級(jí)在呈現(xiàn)非常好的電壓特性同時(shí)，其輸入偏壓電流達(dá)60fA。電表的輸入偏壓電流必須小于被測(cè)的輸入電流，這一點(diǎn)是非常重要的。對(duì)于已知JFET晶體管，象這樣大的輸入偏壓電流嚴(yán)重地限制了在電表中使用JFET輸入級(jí)的可能性。

因此，本發(fā)明的基本目的是提供用于電表中的JFET輸入級(jí)，其輸入級(jí)呈現(xiàn)高輸入阻抗并具有可以與上述MOSFET輸入級(jí)相匹敵的低泄放電流，而且不需要使用象MOSFET輸入級(jí)所要求的復(fù)雜的保護(hù)電路。

本發(fā)明進(jìn)一步目的是提供用于JFET差動(dòng)放大器的輸入級(jí)，其中具有接近先前技術(shù)的JFET源輸出電路的電壓特性和接近先前技術(shù)的MOSFET輸入級(jí)的輸入偏壓電流特性。

本發(fā)明進(jìn)一步目的是提供使用JFET晶體管的輸入級(jí)，該晶體管加置偏壓使其工作，以此減少柵溝道泄漏，并且主要以電壓控制電阻器的方式工作而不是如先前技術(shù)的JFET電源跟隨器那樣的電流源方式工作。因此，提供高抗擾性以防止過(guò)載和靜電放電所引起的損壞以及低壓噪聲和低偏置漂移，與此同時(shí)使輸入偏壓電流最佳化。