一款N-沟道耗尽型JFET晶体管 MPF102
简 介: 博文对于刚刚购买到的JFET三极管MPF102的基本特性进行测量,测试它是否合适作为150kHz导航信号的晶体管放大电路。通过实验测试,它的高频放大性能接近2SK241,但是具有较大的输入电容。
通过实验验证,适当增加倍压整流负载电阻阻值,可以有效提高倍压整流输出电压的数值。
关键词
: JFET,导航信号放大,Yfs
§01 JFET晶体三极管
1.研究背景
在前几天的 测试基于2SK241的150kHz的导航信号高频放大器 中讨论了使用JFET三极管放大在 全国大学生智能车竞赛 中的 信标节能组 的150kHz的无线导航信号。相比于 基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路 ,使用JFET组成的电路不仅简介,而且增益大,稳定性高。
在 对比BF245、2SK30A,2SK160A与2SK241对于150kHz导航信号放大关系 中对于手边的几款不同JFET晶体管进行了测试,以期找到增益更高的JFET三极管。但结果发现还是2SK241的效果最好。
在另外的网络文中,看到MPF102晶体管的应用,根据 MPF102数据手册 可以知道它是一款N-沟道耗尽型JFET晶体管。适合用于VHF高频信号放大。
2.MPF102基本参数
下面是根据MPF102数据手册得到的MPF102的基本参数。
▲ MPF102基本参数
▲ MPF102小信号参数
§02 对MPF102基本测试
1.数字万用表电阻档测试
数字万用表:DM3068,采用它的电阻档对于MPF102进行测量。
- 测量各管脚电阻:
-
Rds
: 38.6Ω
Rsd
:41.1Ω
Rgs
:1.91MΩ
Rsg
:∞Ω
Rgd
:1.91MΩ
Rdg
:∞Ω
▲ 插在面包板上的MPF102
2.数字万用表二极管档测试
使用DM3068二极管档测试MPF102各管脚之间的电压。
- 各管脚二极管导通电压:
-
Vgs
: 0.721V
Vsg
: 断开
Vgd
: 0.720V
Vdg
:断开
3.测试Vds与Ids
测试不同Vgs下对应的Vds 与Ids之间的关系。
(1)Vgs=0V
▲ 不同Vds下对应的Ids
为了对比,下面是对应2SK241Vds与Ids之间的关系。显示了它与MPF102之间两点明显的区别:
- 饱和电流: 2SK241小于MPF102
- 横流区,2SK241输出电阻比MPF102大。
▲ 2SK241不同Vds下对应的Ids
4.反向栅极电压与漏极电流
测量JFET的反相电流与漏极饱和电流之间的关系。
(1)MPF102
▲ 反向栅极电压与漏极电流
(2)2SK241
▲ 2SK241反向栅极电压与漏极电流
简单对比上面MPF102与2SK241反向电压与漏极电流之间的关系,可以看到MPF102的前向转移导纳要大于2SK241。
§03 组成放大电路
1.放大电路
下图是来自于 测试基于2SK241的150kHz的导航信号高频放大器 的高频电路放大电路。将其中的R1更换成2mH的环形电感。 将T1更换成 MPF102。
▲ 放大电路示意图
在面包板上搭建测试电路。
2.电路工作波形
通电+9V之后,电路开始自激振荡。此时工作电流: Id=12.3mA
。
▲ 面包板上的实验电路
这个现象与 对比BF245、2SK30A,2SK160A与2SK241对于150kHz导航信号放大关系 现象一样,具体自激振荡的原因在 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 进行了讨论。
▲ Vd自激振荡波形
※ 测试结论
通过前面测试对于MPF102的基本特性进行了检测。便于它的Crv比较大,所以直接用于构成以扼流圈为负载的放大电路,电路会出现Hartlay三点式电感振荡。振荡频率与输入天线谐振频率相同。
所以此电路只能够形成以电阻为负载的高频放大电路。
需要合理通过设置Rs来获得比较好的工作点以及负载电阻,从而可以获得较大的放大增益。
§04 带有偏置放大电路
1.实验电路
通过施加源极对地电阻Rs,来获得恰当的工作点。如下图所示:
▲ 实验电路
▲ 搭建在面包板上的测试电路
2.测量接收波形
将信号灯无线发送线圈放置周围2米左右,测量漏极电压波形。下面是MPF102漏极输出波形。
▲ 漏极电压
作为对照,将MPF102替换成2SK241,测量得到波形为:
▲ 2SK241放大波形
明显使用2SK241所获得放大波形远大于MPF102。但是这与前面测量2SK241的前向转移导纳小于MPF102的数值是矛盾的。
那么造成这种现象的原因可能是:它们对应的输入阻抗不同,可能造成前面接收天线衰减不同。
3.测量MPF102,2SK241输入阻抗
(1)测量输入阻抗
使用 一款DIY矢量网络分析仪:NanoVNA 测量MPF102,2SK241输入阻抗。
- MPF102 输入阻抗:
-
电阻(Ω)
:-1786.kΩ
电容(pF)
:22.3 - 2SK241 输入阻抗:
-
电阻(Ω)
:353.78kΩ
电容(pF)
:7.47
(2)补偿电容
使用102,203电容组成谐振容。对应电容为:0.952nF,可以使用55pF的电容补偿,再加上MPF102的输入电容,可以达到谐振。
下面测量MPF102漏极电呀波形。
▲ MPF102漏极电压波形
作为对比,将MPF102替换成2SK241,对应的电压波形为:
▲ 2SK241漏极电压波形
由此可以看,这其中最主要原因是输入电容引起天线谐振的改变。
4.增加上倍压整流
在T1的漏极增加倍压整流电路。测量输出电压。MPF102,倍压整流输出最大直流电压:275mV。作为对比,替换成2SK241之后,输出最大电压为300mV。如果将倍压整流的电阻更换成51k欧姆,2SK241的输出变成971mV。
因此,提高接收输出的数值,可以适当增加负载阻抗来获得。如果将倍压整流输出电阻去掉,输出的电压可以超过2V。
※ 实验总结 ※
测试了MPF102 JFET的放大功能。通过实际测,它的前向传输导纳大于2SK241。
但是在构成放大电路的时候,MPF102的放大性能基本接近与2SK241。并没有显示出他大的转移导纳的大的效果。
MPF102由于具有比较大的反向电容,这使得它对于输入天线谐振有较大的影响。
通过实验测试,可以看到,如果适当增加倍压整流的负载电阻,可以有效提高输出整流电压信号的幅值。
■ 相关文献链接:
- 测试基于2SK241的150kHz的导航信号高频放大器
- 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
- 节能信标无线感应定位测试:200kHz
- 基于超声波升压中周构建的150kHz的单管选频放大电路
- 对比BF245、2SK30A,2SK160A与2SK241对于150kHz导航信号放大关系
- MPF102数据手册
- 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
※ 附属Python程序 ※
1.测试Vds,Ids程序
#!/usr/local/bin/python
# -*- coding: gbk -*-
#============================================================
# TEST1.PY -- by Dr. ZhuoQing 2021-05-10
#
# Note:
#============================================================from headm import *
from tsmodule.tsvisa import *setv = linspace(0, 9, 100)
idim = []printf("Begin to measure...")
dh1766volt(0)
time.sleep(1)for v in setv:dh1766volt(v)time.sleep(1)curr = dh1766curr()printff(v, curr)idim.append(curr)tspsave('measure2', setv=setv, idim=idim)dh1766volt(0)plt.plot(setv, idim)
plt.xlabel("Voltage(V)")
plt.ylabel("Current(A)")
plt.grid(True)
plt.tight_layout()
plt.show()#------------------------------------------------------------
# END OF FILE : TEST1.PY
#============================================================
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