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本帖最后由 Edmon 于 2025-3-30 06:24 编辑
书接上回（http://www.crystalradio.cn/forum ... p;extra=&page=1）
我们继续来探索实现中短波终极灵敏度的必要元素。不想看过程的朋友，结果在第四小节开始。
1. 前言
上次总结了目前市面上的磁棒的性能。想要能够利用R40C1带来的超高空载Q值，一方面需要电路的改进，用反馈线圈来降低Q，另一方面离不开超低噪声的JFET。BJT巨大的电流噪声使得其无法在高阻读出的场合应用，MOSFET一般远大于1MHz的1/f拐点使得其在中波范围的噪声巨大，所以差不多只能用JFET。
这里我尽可能全面的测试一下目前在产的低噪声JFET，看看哪个更适合中波的读出。
下表是一些低噪声的JFET。型号格子为蓝色的是在Mouser还有出售，我此次测量的器件。我还测了几个表格里没写的。说到高频JFET，最经典的应该就是BF862了。自从停产之后，似乎还没有能超于它的器件，这次我找不到BF862做对比，不过有个山寨BF862乱入。以下是我测量的的：BF862(假货，不知哪里有能买到正品），MMBFU310，2SK209Y/GR, MCH3914, 2SK932, CPH3910, 2SK3557-7, 2SK2394-7, JFE150, 2SK596, BF998(MOSFET，只为了证明一下它真不能用在低频), 2SK508(UTC的山寨），MMFBJ201, J310。除了括号里注释的，其余都是Mouser购入，大概率是正品。
2. 已有的测试
从前已经有网友做过类似测试，但都有很多不尽如人意的地方使得它们不能提供我们需要的信息。
第一个，https://www.mvaudiolabs.com/diy/modern-jfet-noise-measurements/，这个测试挺全的，但不知为何只测到了10mA的电流。我们追求低噪声自然也不会吝啬再加个10mA。而且我对这个作者的电路以及校准方法有所怀疑，TL072的噪声太大了，校准稍有差池可能就差很多。
第二个，https://audioxpress.com/article/ ... -using-modern-jfets，这个更惨不知道为啥用1mA来测这些低噪声器件。
这次我尽量考虑到这些，一是电路上采用低噪声的放大器来读出，二是既测量2mA的小电流，又测量大电流到Idss，这样就能知道这些器件最低的噪声。
3. 原理
原理可以参见上面的第一个链接，以及我很久之前尝试过一次也有描述：http://www.crystalradio.cn/forum.php？mod=viewthread&tid=2115056&page=1#pid25798931
简而言之就是把JFET接成共源极放大，然后测量输出端的噪声，通过放大倍数换算到输入端。繁杂的是每改变电流或者更换器件，都需要重新测量校准放大倍数。这个校准是通过在gate串联一个电阻来实现的。给定阻值可以算出它的热噪声，这个数字就成了标定放大器噪声的基准。
那次偷懒用了洞洞板，很不稳定，而且用了AD8099做放大输入阻抗太低。这次下决心打了板子，放大器换成OPA2210。用了多层板有整个地层，即使不加任何屏蔽，在uV级别上整个频谱上除了工频干扰没有一个峰。为了进一步屏蔽工频干扰我把它装到了铸铝的盒子里。但是JFE150的测试时没盖好还是漏进来了一些。
电路图：
一个简单的电路搞到这么多个元件，就是为了测量方便，因为需要来回切换各种电阻。JFET出来之后的信号分了两路，上面低频一路用OPA2210放大100倍，然后可以用声卡采样读出，用YAMAHA U24C声卡192kHz采样率能测到~96kHz。下面一路是高频，这次偷懒没焊。不过这个不是很重要，因为JFET在1/f以上的频率的噪声是很平坦的。
测量步骤：
每次改变电流或者更换器件之后，都需要取三个数据：
1. 不安装JFET，测量OPA2210组成的放大器和周围原件的总体噪声，称之为baseline
2. 安装JFET，调到给定的Id，栅极串联一个电路（我这里用了10kOhm，选择的依据是其热噪声要是被测器件的10倍以上），测量输出噪声
3. 安装JFET，把栅极串联的电路短路，测量输出噪声。这个就是我们要的结果，但需要前两组数据才能把这个值换算到有意义的输入等效电压。否则不知道准确的放大倍数，测出的电压都是相对值。
下图是一个例子：
4. 测量结果
4.1 I=Idss
先看最低噪声（电流最大I=Idss）的情况。
单从噪声来讲，JFE150是当之无愧最好的，6nV/rtHz。但它较大的输入电容其实不太适合用在高频，我这里测它主要是为了验证一下这个噪声测试装置的有效性。然后2SK2394和2SK3557几乎如出一辙，毕竟据说这两者的晶圆其实是一样的。出乎意料的是，这个假的不能再假的BF862（能明显看出是打磨过再印字的），噪声还没有太差，而且它还是个JFET。我买过一些假货甚至拿BJT打磨装FET卖。
放在一张图看起来太挤，也不好找出对应的图标，我把几个性能不太好的单独放在第二张图：
* BF998: 这是个MOSFET，有些坛友尝试过把它用在中波。但MOSFET在MHZ依然有巨大的1/f噪声。我这次只能测到100kHz，所以看不到它真实的高频表现。不过至少按照这个趋势它在中波的频率依然是1/f主导的。
* 2SK596: 这个便宜音频MOSFET，实在是不怎么样
* 2SK508(UTC 山寨版)：把JFET做成这样也是没谁了。不过至少这个我是确定它在1MHz以上是能有1nV/rtHz左右的低噪声的，因为同样用它的Siglent SDS800示波器在高频范围就有很好的表现。这么差劲的GR噪声注定它不能用于振荡器，否则相位噪声爆表。
* MMBFJ201: 这个倒是不能说差劲，它本身是个低电流器件，0.25mA能有这个噪声已经是非常棒了。
* J310（直插版）：比起MMBFJ310/U310，老版本的直插貌似差劲不少
但是——我们不能只看噪声的大小，还要考虑到它们的输入电容。有些器件的输入电容小，可以多个并联使用，噪声就会按照1/sqrt(N)减小。所以下图我们来比较一下，把噪声换算到到总电容等于12pF的时候。这才是对中波放大重要的量
在这个条件下，CPH3910和MCH3914是最好的两个器件。只要并联两个，就可以做到0.6nV/rtHz的输入等效噪声和12pF的输入电容。 或者在谐振读出的情况下，不并联也可以。
4.2 I=10mA, 2mA
这两个就没太多需要强调的地方了，信息都在图里。可以看到即使在2mA还是有数个器件都能做到1nV/rtHz的噪声的。
5. 总结
本文测量了多个高频JFET在工作电流为2mA至Idss的输入噪声供大家参考。
具体选择的时候需要针对电路做取舍，比如有些情况需要谨慎考虑输入电容，有些情况则可以选择输入电容大但噪声小的元件，或者可以通过多个并联来进一步减小噪声。
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发表于 2025-3-30 06:24:55
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发表于 2025-3-30 20:46:31
