一个简单的电路，让您更准确地表征JFET

2012年4月，EDN发表了John Fattaruso设计的一款电路，可以快速测量N-JFET和P-JFET的饱和漏源电流以及夹断电压。夹断电压(Vp)的测量方法是在源极和地之间插入一个非常大的电阻，饱和漏源电流(IDSS)的测量方法是在源极和地之间插入一个小电阻，然后，测量这些电阻两端的电压，并利用欧姆定律计算出Vp和IDSS。 

但是这个电路存在一个问题：由于IDSS是跨非零电阻测量的，因此与实际IDSS存在偏差，参见图1。该电路实际上并未测量A点，而是测量略早于A点的B点，对于Vp电压较低和/或IDSS电流较高的JFET，测量值与实际IDSS值之间可能存在5%或更大的偏差。

图1：标准N-JFET漏源电流与栅源电压曲线。

电路构思

只需进行一些细微的改动，即可大幅提高电路的精度，图2显示了简单改进的电路。

图2：用于JFET IDSS和Vp测量的简单改进的电路。

敏锐的读者应该一眼就看出了这两个电路的不同，开关1同样用于在N沟道JFET和不太常见的P沟道JFET之间进行选择，开关2则用于选择进行Vp或IDSS的测量。在图示位置，是测量IDSS，A1被设置为跨阻放大器。

由于运算放大器的同相输入端接地，A1将保持反相输入端(即源极)接地，这确保了测量的是真实的IDSS值。然后，电阻R3将电流转换为可在A1输出端测量的电压。

当开关2切换到另一个位置时，A1被设置为一个简单的电压跟随器，R1两端产生的夹断电压被缓冲，并在A1的输出端可用。

完整实现

既然我们已经了解了基本电路的改进，接下来可以看一下完整的实现方案(图3)。电阻R2限制了JFET插入错误时可能流过的电流。在夹断测量模式下，Q1、R1和A1周围的阻抗都相当高，为了限制噪声的影响，添加了电容C1。最好将这些导线尽量缩短，和/或将电路安装在屏蔽盒中。

图3：用于测量IDSS和Vp的实用电路的首次实现。

大多数运算放大器只能提供或吸收少量电流。而饱和漏源电流很容易就达到几十毫安，为了增强A1的电流输出能力，我们增加了一个互补双极晶体管输出级。请注意，输出端不具备短路保护功能，如果需要，可以在输出端串联一个简单的1kΩ至10kΩ电阻。

在电路中使用当前电阻值，可以测量±10V的夹断电压和~±100mA的饱和电流。

虽然有些JFET具有较大的饱和电流(例如J109的IDSS>40mA、J108的IDSS>80mA！)，但对于大多数JFET而言这并非必要。因此，我们开发了该电路的一个变体，夹断电压保持不变，但饱和电流恢复到25mA，这就几乎可以覆盖所有JFET类型。另一个要求是，两次测量的输出电压范围必须相同：0…±5V。这样，动圈式仪表读数就可以使用单一量程。

实现过程见图4。

图4：具有专门的测量范围的电路，适合大多数JFET。

读数

要使其成为一个完整的测量仪器，还需要添加读数设备。由于我有很多动圈式万用表，所以我决定拿一个用来读数。有些人可能觉得它们有些过时，但使用起来却乐趣十足，堪称机械工程的杰作！输出可能是正值或负值，具体取决于测量的是Vp还是IDSS，以及测试的是N型JFET还是P型JFET。因此，这是一个需要处理的问题，此外，如果能提供极性指示就更好了。具体读数电路请参见图5。

图5：具有敏感的极性指示的读数电路。

1mA动圈式电流表位于运算放大器周围的反馈回路中。D3-D6组成一个公共整流桥，因此，无论输入电压的极性如何，电流表始终获得正电流。

晶体管Q1和Q2用作极性指示。正电压将点亮Q1和LED D9，LED D10指示负电压。

D7、8无需进行整流，由于这些二极管的存在，A1输出电压必须高于/低于±1.8V，才会有大电流流过电表。这反过来又保证了晶体管Q1和Q2在非常低的输入电压下就能导通，从而在整个输入范围内提供良好的极性指示。

测试插座

多年来，制造商几乎已经设计出了所有可能的引脚排列的JFET，因此制作一个通用的测试插座并非易事。三根引脚就有3!=6种可能的组合，如表1所示。

表1：可用于现成JFET的六种可能的引脚组合。

引脚排列为S-D-G(#6)的JFET可以在引脚排列为G-D-S(#1)的插座中测试，只需将其反向插入插座即可。这实际上排除了一半的可能组合。因此，我们只剩下以下三种组合，如表2所示。

表2：通过简单地反转测试插座内的组件，可以减少引脚组合的数量。

经过一些设计，我们可以创建一个五针测试插座，这个插座可以容纳所有可能的JFET引脚排列，如表3所示。

表3：一个单一的5针测试插座，可容纳所有可能的JFET引脚排列。

有两种不同的方案可供选择，这就留给读者练习了。当然，同样的逻辑也可以用来创建双极晶体管的通用测试插座。

图6：用于测量IDSS和Vp的实际JFET电路的最终PCB实现，显示了测试插座。

结束语

感谢John Fattaruso出色的设计实例，让这个想法萌芽！我们都站在前人的肩膀上看世界。

(原文刊登于EDN美国版，参考链接：A simple circuit to let you characterize JFETs more accurately，由Ricardo Xie编译)