JFET ile buffer tasarlamak

[Mikro Step]

Ayrik devre ile bu soruna cozum getirmek basli basina ciddi bir proje olacak.
Simdilik havlu atiyorum ama ileride muhakkak tekrardan ele alacagim.

Ilk mesajimda yazdigim gibi zorlayici sartlar su sekilde;

5v tek besleme.
Cok yuksek giris empedansi (>1M)
Birim kazanc.
Genlik modulasyonuna tabii olmus 20Khz kare dalga tasiyici sinyal.
Sinyal genligi 0...3v (Taviz verirsem 0.3v ... 3v)

 

[Mikro Step]

Tek besleme ile calisan fet girisli opamplar nasil oluyorda rail to rail inp ozelligine sahip olabiliyor?

ChatGPT said:​

Bu çok güzel ve derin bir soru, tebrikler. Şimdi adım adım açıklayalım:

---

Önce sorunun içeriği:​

Senin sorunun içinde iki temel bileşen var:

1. Tek besleme ile çalışan (single supply) opamplar
2. FET girişli olmalarına rağmen "rail-to-rail input" özelliğine sahip olmaları

Yani bu opamplar hem FET girişli, hem de giriş voltajı neredeyse GND'den VCC'ye kadar çıkabiliyor. Bu ilk bakışta çelişkili gibi görünüyor, çünkü...

---

Sorun nerede?​

FET girişli opamplar, genelde "source follower" ya da benzeri bir yapı kullanır ve giriş MOSFET'lerinin çalışması için "headroom" (baş mesafesi) gerekir.

Örneğin:

• VGS ~1–2 V gerektirebilir.
• Bu durumda giriş gerilimi GND’ye ya da VCC’ye tam ulaşamaz.

Ama eğer senin dediğin gibi giriş "rail to rail" oluyorsa, bu nasıl oluyor? Çünkü MOSFET'ler genelde bu kadar geniş aralıkta düzgün çalışmaz.

---

Peki nasıl sağlanıyor bu "rail to rail input"?​

Cevap: İki farklı giriş katı kullanılıyor!

Çift giriş katlı yapı:​

Opamp üreticileri genelde şöyle bir yöntem kullanır:

1. N-kanal FET giriş katı: Düşük voltajlarda (örneğin GND’ye yakın yerlerde) iyi çalışır.
2. P-kanal FET giriş katı: Yüksek voltajlarda (VCC’ye yakın) iyi çalışır.

Bu iki giriş katı çapraz olarak çalıştırılır:

• Giriş voltajı düşükse N-kanal aktif olur.
• Giriş voltajı yüksekse P-kanal aktif olur.
• Orta bölgede ikisi de kısmen çalışır veya bir geçiş yapılır.

Bu sayede giriş voltajı hem GND’ye, hem de VCC’ye çok yakın olabilir. Buna da "rail-to-rail input stage" denir.

Bu geçiş nasıl yapılır?​

Geçiş analog bir anahtarla veya akım aynaları ile yumuşakça yapılır. Ama bazı opamplarda bu geçişin etkisiyle crossover distortion denilen bir küçük bozulma olabilir. Datasheet'lerde buna dikkat çekilir.

---

Ek Bilgi:​

• Bu teknik sadece rail-to-rail input yapmak içindir. Çıkışın rail-to-rail olması ise ayrı bir yapısal konu.
• FET girişler yüksek empedanslı olduklarından hassas devrelerde tercih edilir.
• Bu yöntem modern CMOS opamplarda çok yaygındır (örneğin: TLV2372, MCP6002, OPAx333 vs.)

---

Sonuç:​

FET girişli opamplar tek başlarına rail-to-rail input yapamazlar. Ama birden fazla FET giriş katı kullanılarak bu mümkün hale gelir. Bu bir mimari tasarım hilesidir ve oldukça zekice bir çözümdür.

 

[Mikro Step]

Tasarimin hilesi ortaya cikti. Bu durumda ayrik komponent sayisi cok fazla artacak ve boyutlar hazir opampli tasarimin boyutlarina gore cok artacak ve maliyet dususu mumkun olmayacak.