No entiendo muy bien este circuito preamplificador FET-BJT

Question

Veo mucho este circuito en preamplificadores de micrófonos electret, pero no acabo de entenderlo. El FET es operado como un fuente común amplificador, por lo que tiene ganancia, invierte, y tiene una impedancia de salida relativamente alta. Así que tendría sentido seguirlo por un buffer.

El BJT es colector común /seguidor de emisor, por lo que parecería estar actuando como tal amortiguador, ¿no? Sería no inversor, con ganancia de voltaje cercana a la unidad y baja impedancia de salida para controlar otras cosas sin degradarse. La señal de tensión del FET pasa a través del condensador a la base del BJT, donde se amortigua y aparece en la salida del BJT.

Lo que no entiendo es por qué la resistencia de drenaje del FET está conectada al salida del BJT, en lugar de a la fuente de alimentación. ¿Se trata de algún tipo de realimentación? ¿No sería una realimentación positiva? (A medida que aumenta la tensión de salida del FET, empuja la tensión de base hacia arriba a través de la caperuza, que a su vez empuja la tensión de salida hacia arriba del BJT, que a su vez empuja la tensión del FET hacia arriba, y así sucesivamente).

¿Qué ventaja tiene sobre un circuito como éste?

Answer 1

Este es el trato. El condensador proporciona un voltaje constante a altas frecuencias a través de la combinación base-emisor + resistencia del BJT. Esto provoca una corriente bastante constante a través del BJT y la resistencia, con cierta impedancia Z alta, probablemente determinada en su mayor parte por la resistencia de base Rb del BJT. El FET tiene una alta transconductancia (gm = Iout / Vin), y la ganancia neta es gm * Z. Este es el voltaje a través de la fuente de drenaje del FET . La resistencia de emisor del BJE tiene una tensión constante a través de él, por lo que hay una tensión de polarización añadido a eso. La corriente constante permite que el BJT actúe como un búfer de salida de baja impedancia (=Rb/beta).

Answer 2

La corriente que circula por el BJT (es decir, del colector al emisor) va a ser igual a la corriente que circula por la base multiplicada por el factor de amplificación del transistor.

I_ce = beta * I_b

... si no me falla la memoria. El FET, por otro lado, se puede considerar generalmente como "encendido" (dejando pasar la corriente) o "apagado" (impidiendo el paso de la corriente). Si el FET está "apagado" no habrá un camino a tierra para la corriente y ninguna corriente fluirá a través del BJT (o por el contrario cualquier corriente fluirá a tierra. El condensador proporciona un camino a tierra (alejando la corriente de la base del BJT) para las señales de "alta frecuencia". La impedancia del condensador disminuye en proporción al producto de la frecuencia de la señal y la capacitancia.

Z_cap = -j * omega * C
|Z_cap| = omega * C = 2 * pi * f * C

Supongo que no es realmente una respuesta a la pregunta, pero es lo que recuerdo de "Principios básicos".

Answer 3

Lo que no entiendo es por qué la resistencia de drenaje del FET está conectada al salida del BJT, en lugar de a la fuente de alimentación.

La resistencia a la que te refieres no es la resistencia de drenaje en el sentido habitual. Si la salida se tomara del drenaje, entonces el BJT y la circuitería variada podrían considerarse una carga activa; podrías sustituir todo el circuito "por encima" del FET por una resistencia equivalente de pequeña señal.

Si etiquetamos la resistencia base \$R_B\$ y la resistencia del emisor \$R_E\$ la resistencia equivalente de pequeña señal vista por el drenaje del FET viene dada por:

\$R_{td} = R_B || \frac{r_e||R_E + r_0}{1 - \alpha \frac{R_E}{r_e + R_E}} \approx R_B \$

Así pues, para señales pequeñas, el circuito BJT tiene aproximadamente el siguiente aspecto \$R_B\$ al FET.

En realmente Lo bueno de esto es que \$R_B\$ puede hacerse bastante grande para que la ganancia de tensión de pequeña señal del FET sea grande. En el 2º circuito, el tamaño de la resistencia de drenaje está limitado por las restricciones del punto de funcionamiento de CC.

Por ejemplo, supongamos que tiene una alimentación de 3 V y una corriente continua de drenaje de \$I_D = 100\mu A\$ .

La resistencia de drenaje en el 2º circuito obviamente debe ser menor que \$ 30k \Omega\$ para una tensión de drenaje de CC positiva \$ V_D > 0 \$ .

Pero en el 1er circuito, la corriente continua a través de \$R_B\$ es \$I_B = \frac{I_D}{1 + \beta} \$ . Así que.., \$R_B\$ puede ser mucho mayor que \$30k \Omega\$ produciendo una ganancia de tensión mucho mayor.

Por supuesto, si la salida se tomara del drenador, tendríamos una impedancia de salida muy alta. Pero, estamos tomando la salida del nodo emisor. La ganancia de voltaje allí es sólo ligeramente menos que en el desagüe:

\$v_{out} = v_d \frac{r_o}{r_o + r_e||R_E} \approx v_d \frac{r_o}{r_o + r_e} = v_d\frac{V_A}{V_A + \alpha V_T} \approx v_d\$

Dónde \$V_A\$ es la tensión temprana (de decenas a cientos de voltios) y \$V_T\$ es la tensión térmica (alrededor de \$25mV\$ )

Pero, la resistencia mirando hacia el nodo de salida es mucho menor que mirando hacia el nodo de drenaje:

\$r_{out} \approx r_e||R_E + R_B(1-g_mr_e||R_E) = r_e||R_E + R_B(1-\frac{\alpha R_E}{r_e + R_E})\$

Así, el 1er circuito ofrece una ganancia de tensión mucho mayor pero una resistencia de salida algo mayor que el 2º circuito.

Answer 4

Este circuito suele denominarse Shunt Regulated Push-Pull (SRPP). Normalmente se realiza con válvulas.

En el circuito alternativo, el seguidor de emisor de salida funciona en clase A y depende de la resistencia de emisor para bajar la salida de una señal negativa. Esto puede causar distorsión, especialmente si la carga tiene una capacitancia significativa.

Con el SRPP cuando la salida va negativa, el FET está conduciendo arrastrando la salida baja a través de la resistencia de emisor del BJT mientras que el BJT está siendo apagado por la señal acoplada a través del condensador a su base Esto permite que el circuito conduzca la salida cerca de la tierra,el BJT puede incluso cortar completamente.

Answer 5

Es interesante. Es importante que la resistencia de polarización en la base del BJT sea lo suficientemente alta. Si es casi del mismo valor que la resistencia de drenaje en el segundo diagrama no hay trato y en la simulación no obtendrá ningún beneficio. Si la resistencia de polarización es lo suficientemente alta, el BJT es un seguidor de tensión. Eso significa en AC que el voltaje de drenaje es el mismo en la base del BJT y casi igual en el emisor. Pero eso significa que usted no tendrá corriente alterna en la resistencia de emisor, las dos conexiones de la misma al mismo potencial de CA. Es una conexión de tipo bootstrap que hace que la impedancia de drenaje del FET sea muy alta, aumentando la amplificación del sistema en comparación con la segunda versión. También es interesante que la salida desde el emisor da una baja impedancia de salida, pero la salida desde el drenaje es la misma que un amplificador de transconductancia, alta impedancia de salida adecuada para cargas reactivas cuando la corriente debe ser constante (recuerde los cabezales de grabación de las grabadoras analógicas).