Me gustaría saber si es posible producir un jfet de n canales conectado en una configuración de polarización fija con una ganancia alta de 200. Si es así, ¿puede darme un número de pieza o un diagrama de circuito? Los criterios son los siguientes:
Tipo de amplificador: FET n-channel
Configuración: polarización fija de fuente común
rango de frecuencia: 100Hz-1MHz
Señal de entrada: 35mV, Rs = 2kohm
ganancia de banda media: 200
Me gustaría saber si es posible producir un jfet de n canales conectado en una configuración de polarización fija con una alta ganancia de 200.
Para su circuito, el producto de la transconductancia de pequeña señal y la impedancia de drenaje en el punto de operación establece un límite superior en la ganancia de voltaje.
Usando los números que @Andy aka proporciona:
\ $ A_v < 20k \ Omega \ times 6.5 \ frac {mA} {V} = 130 \ $
Dado que su resistencia de drenaje y la carga están en paralelo con la impedancia de drenaje de pequeña señal, la ganancia de su circuito debe ser menor que este límite superior.
Entonces, como primer paso, debe seleccionar un transistor con la máxima ganancia de voltaje posible bastante mayor que 200.
La transconductancia de avance del JFET define cuántos amperios fluyen a través del drenaje por cada voltio que ingresa a la compuerta. El 2N3819 tiene un valor típico de alrededor de 4000 pero, según la hoja de datos de Fairchild, puede ser tan bajo como 2000 o tan alto como 6500.
Usando la cifra 4000, esto se traduce en 4000 uA / voltio o 4 mA por voltio. Si desvía su amplificador adecuadamente para condiciones de CC inactiva y aplica un pequeño voltaje de entrada a la compuerta de (por ejemplo) 0.1 V pp, la corriente de drenaje se moverá hacia arriba y hacia abajo en + 0.2mA y -0.2mA desde su valor de DC nominal inactivo. . Debido a que su circuito muestra una resistencia de drenaje de 10k, esta modulación de corriente se convierte a un voltaje de 2Vp-p, por lo tanto, tiene una ganancia de alrededor de 20.
Pero ves una ganancia de 30 y esto significa que la transconductancia está más cerca de la cifra máxima de 6500.
Suponiendo que hizo el resistor de drenaje de 10k 100kohm, esto se traduciría en una ganancia de voltaje de 200. Esto suena bien, pero ¿funcionará a 1MHz? La respuesta es "no" porque, el jfet tiene capacidades parásitas que aprovecharán severamente una resistencia de alto valor en el drenaje. El 2N3819 se cita con una capacitancia de transferencia inversa (en la hoja de datos de Fairchild) de 4pF y esto hará que el amplificador tenga un punto 3dB a unos 400kHz.
Pero, ejecutar el JFET en estos extremos es realmente difícil en términos de diseño e interconexión del tablero. Imagine que conecta su osciloscopio a la salida: inmediatamente ha agregado algunos pF más y, de repente, su ancho de banda es de 200 kHz. Sin embargo, este no es el final de la historia ...
La conductancia de salida se cotiza a 50 micro-siemens y cuando se traduce a resistencia de salida, esto es 20k ohm. Aquí hay otro factor limitante: ningún punto que supere los 20k en el drenaje porque la pendiente inherente de la tensión de drenaje frente a la corriente de drenaje es de 20k ohms.
Me gustaría ver qué predicen los resultados de la simulación para la resistencia de drenaje de 100k: solo estoy haciendo algunos cálculos matemáticos simples en los números de una hoja de datos y es posible que haya otros factores que no he considerado. Normalmente simulo, así que estoy un poco oxidado en este tipo de ejercicio.
BF513 tiene una capacitancia baja de 0.3pF y una Gm de 7000, así que quizás esta sea una mejor opción PERO ... tiene una conductancia de salida de 90 uSiemen u 11k ohms.
Debe conectar la salida a un circuito que agregará una "carga". La carga probablemente afectará el rendimiento del circuito a más de 100 kHz, pero el mayor problema que creo que enfrenta es encontrar un JFET con una conductancia de salida de menos de 5 uSiemen (equivalente a 200kohm)
En tu lista de criterios, dices Rs = 2K. Si esta es la resistencia en serie (no se muestra en su esquema) en el tramo fuente del JFET, entonces el circuito tendrá una polarización correcta, más o menos. La salida (drenaje) estará en ~ 10V DC. La ganancia estará dominada por la relación de la carga a las resistencias de la fuente, o 10k / 2k = 5. La forma simple de obtener más ganancia (no estoy seguro de que pueda obtener > 100) de una sola etapa es usar dos series Resistencias en el tramo fuente a GND. La suma de los dos será 2k para mantener la polarización de DC igual. El punto medio de las resistencias debe tener un límite a GND. La impedancia de la tapa a 30 kHz debe ser baja en relación con la resistencia superior (ajuste de ganancia). Supongamos que la resistencia superior es de 200 ohmios y la inferior es de 1800. Entonces, la ganancia es de 50. 1uF podría funcionar.
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