JFET como amplificador

¿Cuál es la funcionalidad de R2 aquí?

Se utiliza para sesgar la puerta a 0 voltios. Debido a que un JFET de canal N funciona con un rango de voltajes negativos en la puerta con respecto a la fuente, la polarización de esta manera asegura que el JFET conduzca unos pocos mA de corriente, lo que hace que la fuente alcance un valor positivo. En este punto se alcanza el equilibrio debido a la retroalimentación negativa.

Estableciendo el valor DC de la compuerta tosera de rejilla en 0V.

Tenga en cuenta la J en JFET: los picos de señal positiva pueden polarizar hacia adelante la unión, cargando C1. En el funcionamiento normal, la corriente de la puerta es minúscula, pero esto ya no se aplica cuando la unión se polariza directamente.

Cuando la señal de entrada vuelve a 0, el voltaje de polarización ahora es negativo gracias a la carga en C1, lo que reduce la corriente de drenaje o incluso corta el FET.

R2 permite que esta carga se disipe devolviendo la polarización a 0 V y que fluya la corriente de drenaje correcta.

(¡En textos más antiguos, desde los días de los glassFET, R2 se llamaba resistencia de "fuga de red"!)

Filosofía. En mi respuesta, intentaré exponer la filosofía de este tipo de polarización llamada "degeneración de fuente (emisor, cátodo)". Al decir "filosofía", me refiero no solo a describir lo que se hace, sino a explicar por qué se hace de esta manera...

Problema. Tenemos que asegurar algún voltaje de entrada inicial a través de la unión puerta-fuente para que el transistor comience a funcionar incluso antes de que se aplique el voltaje de entrada. Este "voltaje de polarización" debe ser estable para que la corriente de drenaje sea estable ... y el voltaje de salida de CC (drenaje) también sea estable.

Auto-prejuicio. El ingenioso truco de tal autopolarización es que el propio transistor crea el voltaje de polarización necesario al pasar su corriente a través de la resistencia Rs en la fuente; luego mantiene esta caída de voltaje casi constante por el mecanismo de la retroalimentación negativa.

Implementación. La caída de voltaje de polarización a través de Rs debe aplicarse a la entrada del transistor: la unión puerta-fuente. ¿Cómo lo hacemos?

Afortunadamente, el JFET de canal N requiere un voltaje de polarización de fuente de puerta negativo. La fuente ya está conectada al extremo positivo (superior) de Rs; todo lo que queda es conectar la puerta al extremo negativo (inferior) de Rs. ¿Cómo lo conectamos?

La forma más sencilla es conectar la puerta directamente (mediante un "trozo de cable") al extremo inferior de Rs. Y esto en realidad se hace en etapas que no requieren voltaje de entrada adicional, como fuentes de corriente de 2 terminales JFET (también conocidas como diodos de corriente constante ).

Cuando hay un voltaje de entrada (este caso), tenemos que agregar ese voltaje de alguna manera al voltaje de polarización. La forma más sencilla es conectándolo en serie. Si la fuente de entrada es "galvánica" (con una resistencia interna de CC), podemos insertarla directamente entre la puerta y tierra. En nuestro caso no es posible debido al condensador de acoplamiento de entrada C1. La solución es hacer la conexión a través de una resistencia (R2) con alta resistencia. Luego, la compuerta se conecta galvánicamente a través de R2 a tierra y el voltaje de entrada de CA se aplica a través de C1 a R2. Como resultado, se aplica un voltaje total VIN + VRs a través de la unión puerta-fuente según sea necesario.

Sesgo mixto. Pero, ¿qué hacemos cuando el transistor es NMOS o NPN BJT... por lo que requiere un voltaje de polarización positivo... y no queremos renunciar a la inteligente "degeneración de la fuente"?

Luego recordamos la polarización clásica simple a través de un divisor de voltaje de entrada que funcionaría aquí. Pero, ¿por qué no combinar las dos técnicas?

Implementación. Para este propósito, agregamos otro voltaje de polarización de puerta Vg en serie al voltaje de polarización de fuente Vs... y ajustamos Vg para que Vg > Vs. El voltaje de polarización total entre la puerta y la fuente será positivo según sea necesario (Vbias = Vg - Vs > 0). Entonces, en este caso, el voltaje de polarización es una diferencia entre dos voltajes de polarización parciales (están conectados a tierra pero la diferencia es "flotante").

Operación. Esta técnica se visualiza de forma geométrica para el caso de un BJT en la imagen de abajo. Los voltajes y las caídas de voltaje están representados por barras de voltaje (en colores rojos y cálidos) con altura proporcional y posición relevante. Las corrientes están representadas por bucles de corriente (en verde) con espesor proporcional y trayectoria relevante (solo no se muestra la corriente base... tal vez se nos haya olvidado).

Como puede ver, VBE = VB - VE siempre es positivo; también puede ver cómo el voltaje de entrada VIN (EIN) es "elevado" por VC1 (ver también otra respuesta relevante ). Para ser más precisos, tenemos que decir que tres voltajes (VIN, VC1 y Ve) forman el voltaje base-emisor total.

Creo que apreciará el poder de este enfoque geométrico de visualización...