VCA usando JFET y amplificador operacional

Solo jugando con LTSpice, se me ocurrió este VCA que simula sorprendentemente bueno para lo que es:

VCA JFET Gráfica JFET VCA

No recuerdo haber visto nunca el uso de un amplificador operacional para mezclar la señal y controlar el voltaje de una manera aislada como esta, así que pensé en publicarlo aquí para la posteridad (probablemente nunca lo construiré yo mismo).

Si trazo la corriente a través de J1 frente al voltaje de drenaje, es una línea diagonal absolutamente perfecta. Pero R4 debe recortarse para que sea exactamente 1/3 R3. En la práctica, ¿quizás esto no sea posible y la simulación me esté engañando?

Con fuente R de 10K y entrada de 100mVpp, la atenuación es de 37dB y el segundo armónico simula una reducción de 88dB. Por supuesto, aumentar la fuente R o disminuir la entrada mejoraría mucho las cosas. Pero a expensas del ruido creado por tener que aumentar la señal después de atenuar la entrada.

Pero cuando sobrecarga este circuito, parece el tipo de distorsión que no sería horrible para algo como un compresor, por lo que uno podría colocar un control de nivel al frente para que el usuario pueda ajustar el equilibrio máximo de ruido / distorsión.

Sé que puedes comprar un chip VCA por $ 5 USD, pero parece que funcionará muy bien con un puñado de piezas muy comunes.

Ahora, si tan solo hubiera una forma igualmente inteligente de linealizar el voltaje de control...

ACTUALIZAR:

Tenga en cuenta que lo que es diferente acerca de este circuito de todos los otros FET VCA que he visto en Internet es que se utilizan diferentes entradas de amplificador operacional para mezclar la señal de control con el voltaje de control. No hay condensadores que acoplen la señal y el CV. Es DC acoplado. Eso podría ser bueno para algo.

Tenga en cuenta que cuando el voltaje de control se acerca mucho a Vgs (apagado), la señal comienza a afectar la linealidad de la corriente a través del JFET y obtiene un tipo de distorsión de compresión (aunque sospecho que esto es cierto para todos los circuitos como este). Por ejemplo, el Vgs(off) del modelo 2N5484 es 1,5. Si configuro el CV en 1,49, la atenuación es de -4,5 dB y el tercer armónico está 47 dB por debajo. Y esto es nuevamente con una entrada de 100 mVpp que es bastante grande para este tipo de circuito.

ACTUALIZACIÓN 2:

También funciona con una serie JFET. Aquí hay un circuito que combina los dos para producir un mejor rango dinámico (potencialmente muy grande si la serie JFET está completamente apagada porque la distorsión no importa tanto cuando la señal está 60dB por debajo):

ingrese la descripción de la imagen aquí

ACTUALIZACIÓN 3:

El circuito descrito por Henry Santana en este artículo de Diseño Electrónico:

Op Amp y dos JFET forman un VCA

es superior en casi todos los sentidos:

ingrese la descripción de la imagen aquí

El rango dinámico simulado es de -180 dB, lo que, por supuesto, es imposible, pero supondremos, sea cual sea la realidad, que es bastante bueno.

La tensión de control está linealizada. No es necesario recortar. Ruido simulado ligeramente mejor. Y funciona en DC.

Lo único que mi circuito simula mejor es la distorsión. THD 0.012% en comparación con 0.004% en mi circuito. El segundo armónico está 78 dB abajo (en lugar de 88 dB). La distorsión también es asimétrica, mientras que en mi circuito es puramente simétrica. Pero la distorsión en realidad aumenta menos a medida que aumenta la entrada. Lo que significa que este circuito puede recibir una entrada de 10 Vpp y la distorsión sigue siendo solo del 0,864 %, mientras que en mi circuito la distorsión sería horrenda.

Una pregunta: ¿ha medido la distorsión en su circuito con componentes reales? No creo que pueda confiar en los modelos de simulación JFET con este nivel de precisión. Por lo tanto, espere algunos recortes o ajustes cuando traduzca de la simulación a la realidad.

Respuestas (1)

Tenga en cuenta que U1 tiene una ganancia de señal de 2 y su entrada es Vout/4, por lo que aplica Vout/2 a la puerta JFET, esencial para cancelar la mayor parte del segundo armónico.

Esta es una configuración básica clásica conocida desde al menos la década de 1970, aunque los detalles en torno a U1 pueden ser novedosos.

La Figura 7B en esta página tiene algunas similitudes. El opamp tiene una ganancia de 11 y retroalimenta 1/22 de su salida a la puerta (nuevamente impulsando la puerta con 0.5 del voltaje de drenaje)