¿Es posible diseñar un amplificador con una ganancia determinada de un aleatorio discreto JFET?

Question

Hace un par de semanas, he jugado con un discretos JFET bass preamp diseño que he encontrado en internet (http://www.albertkreuzer.com/preamp.htm).

Una cosa que me di cuenta de analizar el circuito, la ejecución de simulaciones y, finalmente, la construcción del amplificador fue que el rendimiento, y aún en funcionamiento, en algunos casos, dependían en gran medida de las características específicas de los transistores utilizados.

En mi investigación, he encontrado que todos los JFET fabricantes proporcionan sólo crudo tolerancias para las especificaciones como VgsOff o Isat. Como un ejercicio, traté de subir con un diseño de amplificador de que iba a entregar una determinada ganancia en toda la gama de especificaciones, pero no pudo. JFETs sólo varían demasiado, y un circuito muy probablemente podría romper si un transistor tuvo que ser sustituido. En mi caso, acabé teniendo que probar varios transistores y adaptar el diseño para que el resultado específicos.

Un buen diseño de producción no requieren este tipo de cherry picking. He olvidado algo ? Hay una buena manera de diseñar un circuito con transistores que tienen gran tolerancia en clave de especificaciones ?

Answer 1

Bienvenido al mundo de la retroalimentación negativa.
La retroalimentación negativa logra define la ganancia por ofrecer mucho más de lo que es necesario (ficticiamente el infinito) y, a continuación, alimentación señal de salida a la de entrada en contrafase de tal manera que cuando se requiere se obtenga la ganancia es estable.

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Una razonable introducción aquí - La Fuente Común Amplificador JFET . Cct de abajo es de la página.

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Simulaciones SPICE

Puede ser útil - Circuito libro con soluciones básicas Pregunta 5 se refiere. Otros potencialmente útiles.

Answer 2

Esto no es un problema exclusivo de JFETs. El BJT actual de la ganancia (\$h_{fe}\$) varía en un amplio rango, tal vez de 50 a 200. MOSFETs tienen muy variable y en el umbral de la puerta de tensión. Tengo un 2N7000 hoja de datos de aquí que especifica \$V_{GS(th)}\$ 0.8 V a 3V.

En todos los casos, la solución para hacer frente a esta variación es la retroalimentación negativa. Esto lleva a alguna fracción de la salida y se alimenta de nuevo a la cancelación de algunos de los datos de entrada, la reducción de la ganancia. Esto significa que la variabilidad en el transistor de la ganancia es dividido 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 un solo transistor circuitos (de todos los tipos, MOSFET, JFET, BJT), una forma común de introducir la retroalimentación negativa es poner una resistencia en el emisor/fuente, como este:

^{simular este circuito – Esquema creado mediante CircuitLab}

Como la señal de entrada aumenta, la corriente en las resistencias de carga (R2, R3, R5) aumenta, llevando la señal de salida hacia abajo (estos son la inversión de los amplificadores). Pero también, que la corriente debe fluir en la retroalimentación de las resistencias (R1, R4, R6), que debe elevar el voltaje a través de ellos, lo que reduce la unidad suministrada por la señal de entrada. La ganancia se vuelve más una función de la relación de las dos resistencias que los parámetros del transistor, en la medida en que el beneficio neto (después de la retroalimentación negativa) es menor que el transistor de la máxima ganancia.

Usted puede ver en su esquema, R5, R10, y R25 son análogos a R1, R4 y R6 en mi esquema. Lo ideal es que la polarización es tal que en la DC Q punto, el transistor a medio camino entre pleno y pleno. Que es, la salida es en el medio de las guías de suministro. De esta manera, usted tiene el máximo de espacio libre en ambas direcciones antes de la saturación. Usted puede ajustar la polarización con un trimpot a este punto óptimo. O, no se puede ajustar, y el diseño de su circuito tal que dado el máximo y mínimo de los parámetros para su transistores, usted puede tener menos espacio, pero usted todavía tiene suficiente, incluso en los casos extremos.

Si usted puede hacer un circuito que tiene una tonelada entera de ganancia, tanto que se puede considerar infinito, entonces el Q punto es, efectivamente, se define sólo por la retroalimentación negativa. También puedes obtener un muy amplificador lineal, ya que el no linearities se dividen por el (muy grande) ganancia del circuito.

Bien, se trata de un circuito: el amplificador operacional. Profesional de los ingenieros de audio no tiene el miedo de los op-amps que los músicos lo hacen, así que es probable que un profesional del diseño que estaba destinado a ser producido sin necesidad de ningún ajuste-ajuste de potenciómetro podría usar op-amps.

Usted también puede hacer un op-amp con discretos JFETs, si usted es alérgico a op-amps. Un op-amp, en su núcleo, es un par diferencial. He aquí un simple uno con BJTs, aunque con una adecuada polarización, funciona con JFETs también:

De hecho, incluso funciona con tubos de vacío (válvulas), y la primera op-amps fueron hechas con tubos.

Answer 3

Una solución para el problema es explotar el JFET por su alta puerta de la impedancia, y no intentar hacer es amplificar. Es decir, lo utilizan como fuente de seguidor, completamente inundados con retroalimentación negativa.

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

(Real transistor parte no son los números, como se muestra.) Aquí, Q7 y Q6 la forma de lo que se ve muy similar a un complemento de retroalimentación par (Sziklai par), salvo que entre un JFET y BJT. Es decir, se puede imaginar R86, Q7 y P6 para ser un single de tres terminales del transistor dispositivo.

La simulación de este con LTSpice, he encontrado que la mayoría de los JFET modelos pueden ser sustituidos y se desempeña bien. Este no es el caso más si P6 es eliminado. A continuación, el escenario no puede transferir el mismo gran señal columpios como antes, sobre todo si podemos reducir la carga de 10 kOhm o menos, y el rendimiento varía más con el JFET modelo.