I JFET affascinano da sempre la comunità audio per le loro caratteristiche.
Abbiamo fatto un ampia trattazione nel Decalogo dei JFET e presentato dei modulini per utilizzarli.
La teoria basica è stata presentata nel video, quello che ci chiedete spesso e di mostrare dei dimensionamenti pratici.
Veloce ripasso delle relazioni fondamentali
Zi = R1 l’ impedenza di ingresso è uguale alla resistenza di ingresso.
Zo = R1 trascuriamo la rd del JFET che consideriamo 10 volte maggiore di R1
As = gm x Rl il dove Rl è la resistenza di carico in questo caso R1 (trascuriamo rd del JFET)
Il dimensionamento di uno stadio common sources
Come ripasso guardatevi il video di Pier che spiega gli amplificatori a JFET.
Sopra vediamo un JFET collegato a common sources.
Il condensatore C3 è serve ad accoppiare il segnale proveniente dall’ ingresso al JFET.
Lo si usa per evitare che eventuali tensioni in continua interferiscano con la polarizzazione del JFET.
R2 è la resistenza di polarizzazione di ingresso che con la caduta su R3 realizza la Vgs richiesta.
C4 bypassa la resistenza per il segnale e per avere il massimo guadagno dello stadio (questo condensatore in alcune configurazioni circuitali può essere omesso).
R1 è la resistenza di carico dello stadio serve anche a polarizzare il JFET.
C2 è il condensatore di accoppiamento di uscita.
Interpolando le curve immaginiamo di tracciare una curva mutua per Idss = 2 mA.
Scegliamo un punto di lavoro a circa Idss / 2 e abbiamo una Id di 1 mA e una Vgs di -0.25 V
Calcoliamo la resistenza di source R3 = Vgs / Id = 0.25 / 0,001 = 250 Ohm scegliamo 220 Ohm
Sapendo che Vdd è 29 V fissiamo Vds = 14,5 V
Quindi R9 = Vds / Id = 14,5 / 0.001 = 14500 Ohm arrotondiamo a 15 K
Il punto di lavoro da noi scelto è 0,5 Idss quindi gm è dato dalla:
gm = gm0 x 0.707 dove gm0 = Yfs (valore noto)
Gm = 6.5 x 0707 = 4.6 mS
Il guadagno dello stadio in prima approssimazione vale As = gm x Rl = 4.6 x10-3 x 15000 = 69
Ipotizzando di caricare lo stadio con un potenziometro da 50 K (controllo volume) calcoliamo la resistenza equivalente:
Rleq = (50 x 15) / (50 + 15) = 11 K
Il nuovo guadagno vale:
As = gm x Rl = 4.6 x 10-3 x 11000 = 50,6
Calcolo capacità di accoppiamento
Sopra vediamo il circuito usato per dimensionare i condensatori di accoppiamento e la relativa simulazione.
Ipotizzando di avere una F1 di 10 Hz procediamo ai calcoli.
C2 è dato dalla:
C2 = 1 / ( 6,28 x F1 x R3 )
Arrotondiamo a 47 nF che è una capacità standard.
Avendo il JFET un impedenza praticamente infinita R3 determina la resistenza vista dal condensatore C2
C1 come resistenza vede R2 e R4 (trascuriamo la resistenza di ingresso dello stadio):
C1 = 1 / [ 6,28 x F1 x ( R2 + R4 ) ]
Arrotondiamo a 470 nF.
Conclusioni
Abbiamo visto come dimensionare in pratica uno stadio common sources.
Ora non resta che realizzarlo e fare le opportune misure.
Bonus
Immagine tratta da Art of Electronic la bibbia dell’ elettronica.
Come vediamo il gate è disegnato centrale e verso il basso:
- nel primo caso si tratta di dispositivo simmetrico
- nel secondo caso di dispositivo asimmetrico
Dal punto di vista pratico non ha rilevanza in genere si usano in alternativa.
Modifica guadagno stadio common sources
In questa epoca dove le sorgenti hanno ampiezze importanti può rendersi necessario diminuire il guadagno di uno stadio(1).
La prima cosa da farsi è togliere il condensatore di in parallelo alla R1, questo diminuisce il guadagno.
Il secondo passo è inserire la rete R4, C1 in parallelo a R2.
Questa rete diminuisce il valore della resistenza di carico dinamico dello stadio variando R4.
Il valore di R2 tiene conto del potenziometro del volume da 50 K.
Il guadagno dello stadio richiesto è circa 10 e con un paio di simulazioni determiniamo il valore di R4.
Con 6,8K otteniamo un guadagno di circa 9,5.
Il valore del guadagno lo possiamo adattare in base alle nostre esigenze.
Lo stadio andrà testato in pratica… il risultato lo vedremo in video.
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Saluti Tiziao
Note
(1) il guadagno lo vogliamo variare senza toccare la polarizzazione fatta per avere la massima ampiezza in uscita
