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 uscita 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

Quello che vediamo in figura sopra è un interessante preamplificatore composto da un JFET e un BJT con feedback serie.

Questo circuito è piuttosto utile dove serve un guadagno medio nel range 10 : 30 dB.

Caratteristiche elettriche

Sopra possiamo vedere le ottime caratteristiche elettriche del modulino.

Il circuito stampato

Sopra possiamo vedere il PCB del modulino da assemblare in SMD.

Circuiti applicativi

Usando il nostro modulino possiamo realizzare il preamplificatore di figura sopra.

Il modulino può essere facilmente configurato come buffer a guadagno uno come da figura sopra.

Protoboard per sperimentazione

I modulini possono essere facilmente impiegati usando la nostra protoboard, oppure su basette a bollini o a molla.

Esempio applicativo

I modulini assemblati vengono usati come stadio di uscita per la RIAA Ibrida.

Conclusioni

Abbiamo mostrato un flessibile modulino preamplificatore prestazionale e di facile applicazione.

Vi aiuterà a risolvere molti dei vostri bisogni di preamplificare un segnale audio.

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Saluti Tiziao

Il video 708 su un preamplificatore a JFET molto seguito contiene alcune imprecisioni, evidenziate dagli spettatori.

Potenziometro di volume girato

Nello schema del video il cursore del potenziometro di volume e girato verso il JFET di ingresso.
Il passaggio dei file fra i membri dello staff avviene nel formato nativo del cad per PCB.
Eseguendo il drc dello schema succede che vengono girati componenti sugli schemi.
Senza pensare sono stati modificati e collegamenti creando un errore.
Quando si fa il DRC i componenti di libreria vanno “bloccati” per evitare che il cad prenda iniziative pericolose.

Guadagno eccessivo primo stadio

Questo stadio è stato progettato per una dimostrazione nel video e non è stato affinato.
Il un punto di lavoro è il più lineare possibile, introducendo feedback di source.
L’ abbassamento del guadagno và ottenuto mantenendo l’ equilibrio dei vari parametri:

• ampiezza segnale di uscita
• distorsione del segnale
• guadagno
  Questo lo valuteremo con alcune simulazioni e misure di laboratorio.

Inversione di fase

Il circuito inverte di fase e questo urta alcuni puristi.
Il preamplificatore JFET doveva essere basico e semplice senza introdurre ulteriori stadi di inversione.
Abbiamo scelto il buffer per poter pilotare carichi a bassa impedenza, caratteristica di questa configurazione.
Il buffer è stato scelto per un motivo che renderemo noto in video .

Calcolo del guadagno approssimato

Il calcolo del guadagno viene eseguito con una formula semplificata… presenteremo i conti come fanno i veri ing 😉
In fondo ve la siete cercata e vi beccherete i conti con tanto di circuito equivalente ai piccoli segnali.

Nuovo video sul pre a FET

Visto l’ interesse faremo un secondo video con:

• circuito affinato
• possibile introduzione di generatore di corrente sull’ inseguitore di uscita
• calcolo del guadagno svolto in modo pedante
• dimensionamento dei condensatori di accoppiamento
• risposta in alto del circuito con calcoli

Potenziometro di volume

Il potenziometro può essere ignorato collegando I due stadi in cascata con un condensatore. Ovviamente dovete avere un controllo di volume in un altro punto della catena audio.
Il potenziometro usato è un Bourns per audio di buona qualità.
Lo stampato del potenziometro può montare anche RK27 Alps.

JFET da Boutique

Un lettore ci ha segnalato che esistono anche JFET a bassissimo rumore per uso audio. Conosciamo questi componenti e ne abbiamo diversi nei cassetti, sono stati ignorati in quanto di uso marginale. Quel tipo di JFET di origine Toshiba e Hitachi sono fuori produzione da anni e si trovano copie cinesi dubbie o da produttori di nicchia a prezzi da tubo termoionico.

Inoltre quel tipo di JFET hanno una gm alta inadatta per circuiti con segnali ad alto livello, salvo ricorrere a forti dosi di feedback.

I circuiti che andremo a presentare usano JFET di buone prestazioni e di uso abbastanza comune.

Avremo una puntata sui JFET dedicata ai meccanismi che generano rumore nel dispositivo con un sacco di conti.

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Saluti Tiziao

Saluti Tiziao

PS: in fase di test abbiamo anche un JFET duale e un JFET a bassissimo rumore smd (dal prezzo umano)