Защита JFET от прямого тока затвора

[\Барсик/]

Доброго времени суток. Предыстория. Собрал дифференциальный предусилитель для осциллографа, его входной каскад по схеме во вложении, закупил две LSK389 для этого, первую спалил почти сразу, в результате тестов: подал одному из транзисторов пары на затвор прямой ток продолжительное время, после этого в несколько раз вырос фликкер шум, шум сравнивал со вторым транзистором пары. Далее, когда получил плату под это дело, наладил ее, потом впаял туда вторую живую LSK389... Короче я не понял как и когда, но когда я добрался до измерения шума усилителя, там уже был похожий мусор на частотах <1кГц (скрин во вложении). Чтобы убедиться, что виноват LSK389, я вместо него поставил пару биполярных C1815, результаты во вложении. Итак, похоже, я опять испортил JFET.

А теперь главный вопрос. Как этого избежать в дальнейшем? Понятно, что большое напряжение на входе усилителя вызовет прямой ток затворов, это было учтено, на плате есть диоды как между входами усилителя(от дифференциальной перегрузки), так и диоды от синфазной перегрузки, в сочетании с предохранителями они работают правильно. Однако я заметил, что при включении питания, если при этом входы замкнуты на землю есть короткий (5мс) прямой ток затворов, он <20мА, потому что ОУ больше не отдадут. Как перестраховаться? Очевидный вариант - поставить по диоду З-И транзисторов, однако, тут есть моментик: обычные диоды (я рассматриваю биполярные транзисторы в диодном включении из-за малой утечки) имеют прямое падение сравнимое с падением З-И у JFET и спасут ли они JFET ? А шоттки имеют просто недопустимо большую утечку (нужен входной ток <50pA)....

[Lexter]

\Барсик/: "...на плате есть диоды как между входами усилителя (от дифференциальной перегрузки), так и диоды от синфазной перегрузки ..."
Если вы про схему на JFET_preamp.PNG, то на ней ничего этого нет - голые затворы транзисторов на улицу.
А вопрос ваш как раз про схему защиты этих входов. Потрудитесь нарисовать полную схему, а то получается, что обсуждать нечего.

Ну а если без углубления в вашу схему, - то просто взяты не те элементы, и "костылями" вы пытаетесь заставить их стать нормальной схемой входного каскада осциллографа. Примените, например, транзисторы с изолированным затвором, у которых более-менее приличное допустимое обратное напряжение "затвор-исток", и не будет у вас таких проблем.

[AlexS4]

на первый взгляд могут помочь диоды(переходы транзисторов) от затворов к своим выхододам оу
но нужны потенциалы чтоб лучше угадывать.

еще вариант насыщеным транзистором защищать. или диодными полумостами с потенциалами на концах жестко зафиксированными для интересующих токов.
но без полной схемы с номиналами резисторов (желательно и диапазонами потенциалов) и имеющимися защитными цепями это все слишком вилами по воде :dont_knоw:

[\Барсик/]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4719850#p4719850"]на первый взгляд могут помочь диоды(переходы транзисторов) от затворов к своим выхододам оу
но нужны потенциалы чтоб лучше угадывать.

еще вариант насыщеным транзистором защищать. или диодными полумостами с потенциалами на концах жестко зафиксированными для интересующих токов.
но без полной схемы с номиналами резисторов (желательно и диапазонами потенциалов) и имеющимися защитными цепями это все слишком вилами по воде :dont_knоw:[/uquote]

вот подробная схема входной части, токи стоков по 3.2мА, напряжения С-И поддерживаются = 1,5 вольта при заземленных (или равных) входах. Макс дифф напряжение на входах = падение на защитном диоде, макс синфазное на практике получилось +-10,5 вольт до срабатывания защиты.
На практике на выходах ОУ -0.55 вольт при заземленных входах устройства, но в планах поменять JFETы на JFE2140 от TI, так что это значение вероятно поменяется где то до -0,3 вольта, но это примерно.

Добавлено after 2 minutes 15 seconds:
[uquote="Lexter",url="/forum/viewtopic.php?p=4719826#p4719826"]\Барсик/: "...на плате есть диоды как между входами усилителя (от дифференциальной перегрузки), так и диоды от синфазной перегрузки ..."
Если вы про схему на JFET_preamp.PNG, то на ней ничего этого нет - голые затворы транзисторов на улицу.
А вопрос ваш как раз про схему защиты этих входов. Потрудитесь нарисовать полную схему, а то получается, что обсуждать нечего.

Ну а если без углубления в вашу схему, - то просто взяты не те элементы, и "костылями" вы пытаетесь заставить их стать нормальной схемой входного каскада осциллографа. Примените, например, транзисторы с изолированным затвором, у которых более-менее приличное допустимое обратное напряжение "затвор-исток", и не будет у вас таких проблем. [/uquote]
схему приложил, а что касается мосфетов, то они не подходят для малошумящих применений

Добавлено after 2 hours 1 minute 30 seconds:
я чот щас подумал, я же наверняка мог поджарить JFET когда устройство не было включено, но на входе был сигнал.... Тогда самым правильным решением будет просто добавить малосигнальные NO реле на входа?

[Динозавр]

\Барсик/, Половина схемы - цепи защиты, но не спасли?
При пайке потенциалы Оператора, жала паяльника, детали, платы выровнены (жёстко, Проводниками)?
Речь не о заземлении (формальном).

[\Барсик/]

[uquote="Динозавр",url="/forum/viewtopic.php?p=4720741#p4720741"]\Барсик/, Половина схемы - цепи защиты, но не спасли?
При пайке потенциалы Оператора, жала паяльника, детали, платы выровнены (жёстко, Проводниками)?
Речь не о заземлении (формальном).[/uquote]

Да вот опять же, думаю, без питания на входа подавал что то, может тогда и испортил транзисторы, надо было сразу шумы измерять после пайки.
Ничего специально не выравнивал при пайке, плюс сейчас влажность не то чтобы низкая, статики нет.
Я в итоге думаю докинуть по диоду (транзистору) на З-И плюс нормально открытые реле на входа, которые будут включаться только при установившемся PWR_GOOD сигнале.

[AlexS4]

вообще я слышал про повреждения jfet небольшими прямыми токами но сам с таким не сталкивался
ниче не могу сказать
мож шумят не fet а монстр-защита ?

мож просто 1k резистор последовательно затвору наляпать и скорректировать чуть уехавшую ачх/фчх на оу ?

и шоттки разве в закрытом состоянии шумят??

[\Барсик/]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4720795#p4720795"]вообще я слышал про повреждения jfet небольшими прямыми токами но сам с таким не сталкивался
ниче не могу сказать
мож шумят не fet а монстр-защита ?

мож просто 1k резистор последовательно затвору наляпать и скорректировать чуть уехавшую ачх/фчх на оу ?

и шоттки разве в закрытом состоянии шумят??[/uquote]

а я вот сталкивался ну то есть кроме шума сильно ничего не испортилось: токи затворов неизмеримые, согласование у пары осталось отличное, КОСС усилителя высокий, искажений сигнала нет.

я когда шум измерял, я входа замыкал на землю переключалкой, там в цепи затвора источников шума не может быть, плюс проверял на других транзисторах.

1к на входах = утроение шума, низя.

про шоттки не понял...

[AlexS4]

про шоттки все просто, они в норм режиме (до срабатывания в качестве защиты) находятся строго в закрытом состоянии (под обратным смещением)
соответственно включенными в параллель затвор-истоку будут тихо сидеть без шума и пыли.

про утроение шума из-за 1к совсем не уверен, счего?

[u37]

\Барсик/, в вашей схеме нет защиты от входных помех, вы это понимаете?
Помеха от входа пройдет в затвор и его 'подожжет'. Собственно, нечто подобное и произошло уже (видимо).

[\Барсик/]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4720914#p4720914"]про шоттки все просто, они в норм режиме (до срабатывания в качестве защиты) находятся строго в закрытом состоянии (под обратным смещением)
соответственно включенными в параллель затвор-истоку будут тихо сидеть без шума и пыли.

про утроение шума из-за 1к совсем не уверен, счего? [/uquote]

у шоттки, которые я видел, утечка большая, а мне нужна пикоамперная, дело в этом, а не в шуме, вы правы, его нет.

UPD: а если точнее, то к тому же, из-за утечки появится входной шумовой ток, так что... шоттки будут еще и шуметь

что по шуму резисторов: тепловой шум резистора 1кОм = 4.1nV/rtHz, а входной каскад у меня шумит чуть больше 2nV/rtHz, добавляя резисторы на входа получим итоговую цифру около 6nV/rtHz, я про область белого шума, разумеется. У меня шумовой бюджет 2.5nV/rtHz на 1кГц.

Добавлено after 1 minute 27 seconds:
[uquote="u37",url="/forum/viewtopic.php?p=4720941#p4720941"]\Барсик/, в вашей схеме нет защиты от входных помех, вы это понимаете?
Помеха от входа пройдет в затвор и его 'подожжет'. Собственно, нечто подобное и произошло уже (видимо).[/uquote]

на самом деле нет, не понимаю, будьте добры, расскажите подробнее что вы имеете ввиду.

[AlexS4]

а какое усиление получается на jfet каскаде с 820R в стоке?
...я к тому что R35,36 же так же шумят...

[\Барсик/]

[uquote="AlexS4",url="/forum/viewtopic.php?p=4720993#p4720993"]а какое усиление получается на jfet каскаде с 820R в стоке?
...я к тому что R35,36 же так же шумят... [/uquote]

ну... усиление раз 10 где то, то есть мы имеем дело уже с эквивалентом 82 ом теплового шума, а не с 820

UPD: упс, не так, исправляюсь: воздействие этих резисторов на приведенный ко входу шум уменьшиться в 10 раз, то есть не 82 ом, а 8,2 ома

[u37]

Берем две основные причины - разряд статики (происходит постоянно) и подключение к цепи с повышенным напряжением.
В момент касания (специфика работы "щупа") на входе появляется высокое напряжение. Постоянное или импульсное - не-важно, важно то, что оно появляется резко. У любого объекта в пространстве планеты Земля есть емкость, потому любое прикосновение приведет к подаче существенного напряжения с существенной энергией (заряд конденсатора). Думаю, мысль понятна.
Итак, на вход приходит высокое напряжение высокой мощности с очень резким фронтом.
Далее, "путь". Положим, пришло на CN2.
Это L4 (вещь полезная, но откровенно слабая как "защитный" элемент), F1 (вообще не защита, перемычка), SW пропускаю, "диоды" на Q5-10 и вот тут надо остановиться подробнее. У диода есть такая характеристика, как время включения (я не ошибся в написании). Транзистор в диодном включении еще менее предсказуем по этой характеристике, но BC817 сам по себе не особо медленный ... но и не быстрый. Не могу с ходу проанализировать инверсное диодное включение транзистора, с точки зрения времени включения (вполне вероятно, что будет лучше "стандартного"). Положим, просто бэ переход. В любом случае, воздействие короткого импульса с большой мощности (разряд) приведет с крайне декоративности падения напряжения на "диодах" из BC817, и не только по временам (включение транзистора), но и по причине банально большому току. В suppressor'ах сие хорошо описано, вряд-ли стоит повторяться. Далее сигнал идет на затвор. Во всей цепочке нет токоограничивающих элементов (L4 не в счет, мало). Т.е. фактически, вход соединен напрямую с затвором. Как-бы.
Теперь о защите через тиристоры. Видимо, идея в том, что "диоды" на BC817 выливают в 9В и при большом выливе тиристор закорачивает слив в 0В. Тут трудность в том, что подобное построение слишком инерционно и имеет высокое внутреннее сопротивление, R29 уже дает 100 Ом. Тиристор конечно быстрый прибор, но начало импульса (а это уже не десяток наносекунд) просвестит в воздух. Получается, что защиту от импульсов обеспечивает Q7,8, а остальное только для антуража (увлекаюсь) и схема не защиает от синфазной помехи (скажем так, не сразу защищает и не особо усердно).
Что можно сделать?
1. Как и было озвучено ранее, создать токоограничивающий элемент (резистор) в пути прохождения сигнала.
2. переделать схему "диодов" для работы не только а НЧ. Самое тупое, что первое приходит в голову, поставить ВЧ конденсатор параллельно тиристору, это если смотреть по схеме. А по трассировке - рядом с "диодами" и землей, не образовывать длинных петель.
Возможно, стоит подумать о газоразрядниках.
/IMHO

[\Барсик/]

[uquote="u37",url="/forum/viewtopic.php?p=4721003#p4721003"]Берем две основные причины - разряд статики (происходит постоянно) и подключение к цепи с повышенным напряжением.
В момент касания (специфика работы "щупа") на входе появляется высокое напряжение. Постоянное или импульсное - не-важно, важно то, что оно появляется резко. У любого объекта в пространстве планеты Земля есть емкость, потому любое прикосновение приведет к подаче существенного напряжения с существенной энергией (заряд конденсатора). Думаю, мысль понятна.
Итак, на вход приходит высокое напряжение высокой мощности с очень резким фронтом.
Далее, "путь". Положим, пришло на CN2.
Это L4 (вещь полезная, но откровенно слабая как "защитный" элемент), F1 (вообще не защита, перемычка), SW пропускаю, "диоды" на Q5-10 и вот тут надо остановиться подробнее. У диода есть такая характеристика, как время включения (я не ошибся в написании). Транзистор в диодном включении еще менее предсказуем по этой характеристике, но BC817 сам по себе не особо медленный ... но и не быстрый. Не могу с ходу проанализировать инверсное диодное включение транзистора, с точки зрения времени включения (вполне вероятно, что будет лучше "стандартного"). Положим, просто бэ переход. В любом случае, воздействие короткого импульса с большой мощности (разряд) приведет с крайне декоративности падения напряжения на "диодах" из BC817, и не только по временам (включение транзистора), но и по причине банально большому току. В suppressor'ах сие хорошо описано, вряд-ли стоит повторяться. Далее сигнал идет на затвор. Во всей цепочке нет токоограничивающих элементов (L4 не в счет, мало). Т.е. фактически, вход соединен напрямую с затвором. Как-бы.
Теперь о защите через тиристоры. Видимо, идея в том, что "диоды" на BC817 выливают в 9В и при большом выливе тиристор закорачивает слив в 0В. Тут трудность в том, что подобное построение слишком инерционно и имеет высокое внутреннее сопротивление, R29 уже дает 100 Ом. Тиристор конечно быстрый прибор, но начало импульса (а это уже не десяток наносекунд) просвестит в воздух. Получается, что защиту от импульсов обеспечивает Q7,8, а остальное только для антуража (увлекаюсь) и схема не защиает от синфазной помехи (скажем так, не сразу защищает и не особо усердно).
Что можно сделать?
1. Как и было озвучено ранее, создать токоограничивающий элемент (резистор) в пути прохождения сигнала.
2. переделать схему "диодов" для работы не только а НЧ. Самое тупое, что первое приходит в голову, поставить ВЧ конденсатор параллельно тиристору, это если смотреть по схеме. А по трассировке - рядом с "диодами" и землей, не образовывать длинных петель.
Возможно, стоит подумать о газоразрядниках.
/IMHO[/uquote]

Спасибо большое за подробное объяснение, добавлю защиту от статики.

[Динозавр]

\Барсик/, ---Ничего специально не выравнивал при пайке, плюс сейчас влажность не то чтобы низкая, статики нет.---

Кроме статики есть импульсные наводки из сети на длинные провода (петли) заземления
+ всякие резисторы в браслетах.
Это о формальном заземлении через розетку и т.д.

[\Барсик/]

Короче апдейт, оказывается шумели SMD резисторы в стоках JFET, так что LSK389 жив и здоров, однако всем спасибо за рекомендации касательно защит.
Прикладываю плотность напряжения шума с другими резисторами в стоках

[add.ocean]

апдейт, оказывается шумели SMD резисторы в стоках JFET, так что LSK389 жив и здоров, однако всем спасибо за рекомендации касательно защит.

Как перестраховаться? Очевидный вариант - поставить по диоду З-И транзисторов, однако, тут есть моментик: обычные диоды (я рассматриваю биполярные транзисторы в диодном включении из-за малой утечки) имеют прямое падение сравнимое с падением З-И у JFET и спасут ли они JFET ?

тема JFET на входе и его защиты вроде бы проработана очень давно. Диоды ставятся для защиты перехода от обратного напряжения выше предельного. И диоды лучше обратно сместить. Для ограничения прямого тока перехода затвора, ставят резистор сколько не жалко 100-200-500К. А параллельно ему ставят конденсатор для пропускания ВЧ, раз в 100-1000 больше емкости ЗИ, но чтобы прошедший заряд не сжег переход. Скажем 1000пФ.

Ксати раньше, в аналоговую эпоху, MOSFET в этом месте никогда не применяли. Видимо что-то в параметрах не подходило. Сейчас не знаю.