¿Es posible diseñar un amplificador con una ganancia dada a partir de un JFET discreto aleatorio?

Bienvenido al mundo de la retroalimentación negativa.
La retroalimentación negativa logra una ganancia definida al proporcionar mucho más de lo necesario (teóricamente infinito) y luego retroalimentar la señal de salida a la entrada en antifase de tal manera que, cuando se logra la ganancia requerida, la ganancia es estable.

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Útil - principalmente amplificadores de video pero algo de buen material.

Mucho material inicial aquí

Simulaciones SPICE

Puede ser útil: el libro de circuitos con soluciones básicas se relaciona con la pregunta 5. Otros potencialmente útiles.

Este no es un problema exclusivo de los JFET. La ganancia actual del BJT (\ $ h_ {fe} \ $) varía en un amplio rango, quizás de 50 a 200. Los MOSFET tienen un voltaje de umbral de puerta altamente variable. Tengo una hoja de datos 2N7000 aquí que especifica \ $ V_ {GS (th)} \ $ como 0.8V a 3V.

En todos los casos, la solución para hacer frente a esta variación es retroalimentación negativa . Esto toma una fracción de la salida y la retroalimenta para cancelar parte de la entrada, reduciendo la ganancia. Esto significa que la variabilidad en la ganancia del transistor se divide por la proporción de retroalimentación negativa. Esto hace que el circuito sea más predecible. También reduce la distorsión no lineal en una cantidad similar.

En los circuitos de un solo transistor (todo tipo, MOSFET, JFET, BJT), una forma común de introducir retroalimentación negativa es colocar una resistencia en el emisor / fuente, como esta:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

A medida que aumenta la señal de entrada, aumenta la corriente en las resistencias de carga (R2, R3, R5), lo que reduce la señal de salida (son amplificadores de inversión). Pero también, esa corriente debe fluir en las resistencias de retroalimentación (R1, R4, R6), que deben elevar el voltaje a través de ellas, lo que reduce la unidad proporcionada por la señal de entrada. La ganancia se vuelve más una función de la relación de los dos resistores que los parámetros particulares del transistor, en la medida en que la ganancia neta (después de una retroalimentación negativa) es menor que la ganancia máxima del transistor.

Puedes ver en tu esquema, R5, R10 y R25 son análogos a R1, R4 y R6 en mi esquema. Idealmente, la polarización es tal que, en el punto de CC Q, el transistor está a medio camino entre encendido y apagado. Es decir, la salida está en el medio de los rieles de suministro. De esta manera, tiene el espacio libre máximo en ambas direcciones antes de recortar. Puede ajustar la polarización con un punto de corte en este punto óptimo. O bien, no puede ajustarlo y diseñar su circuito de manera tal que, dados los parámetros mínimos y máximos para sus transistores, tenga menos espacio para la cabeza, pero aún tenga suficiente, incluso en los extremos.

Si puede hacer un circuito que tenga una tonelada entera de ganancia, tanto que pueda considerarse infinito, entonces el punto Q se define efectivamente solo por la retroalimentación negativa. También puede obtener un amplificador muy lineal, ya que las no linealidades se dividen por la ganancia (muy grande) del circuito.

Bueno, hay un circuito de este tipo: el amplificador operacional . Los ingenieros de audio profesionales no temen a los amplificadores operacionales que tienen los músicos, por lo que es probable que un diseño profesional que se diseñó sin necesidad de ningún ajuste de potenciómetro simplemente usara amplificadores operacionales.

También puedes crear un amplificador operacional con JFET discretos, si eres alérgico a los amplificadores operacionales. Un amplificador operacional, en su núcleo, es un par diferencial . Aquí hay uno simple con BJT, aunque con la polarización adecuada, también funciona con JFET:

Dehecho, incluso funciona con tubos de vacío (válvulas), y los primeros amplificadores operacionales se hicieron con tubos .

Una solución al problema es explotar el JFET por su alta impedancia de compuerta y no intentar amplificarlo en absoluto. Es decir, utilícelo como seguidor de la fuente, completamente inundado con comentarios negativos.

Un ejemplo de esto es la etapa de entrada del preamplificador de guitarra ADA MP-1, que también muestra otra técnica:

(Los números de parte de los transistores reales no son como se muestran). Aquí, Q7 y Q6 forman lo que parece muy similar a un par de realimentación complementaria (par de Sziklai), excepto que está entre un JFET y un BJT. Es decir, puede imaginar que R86, Q7 y Q6 es un único dispositivo de transistor de tres terminales.

Simulando esto con LTSpice, encontré que la mayoría de los modelos JFET se pueden sustituir y funcionan bien. Este ya no es el caso si se quita Q6. Entonces, el escenario ya no puede transferir las mismas grandes oscilaciones de señal que antes, especialmente si reducimos la carga a 10 kOhm o menos, y el rendimiento varía más con el modelo JFET.