JFET, la nuova frontiera dell'audio

Stavo rileggendo l'articolo pubblicato nel 2015 da Erno Borbely, da cui ho ripreso il titolo. Borbely è un progettista di chiara fama, ha lavorato per Dynaco, Motorola e diversi altri, progettando amplificatori e tuner di grande livello.

E il suo articolo mi faceva riflettere: pubblicato in epoca recente, l'argomento tratta l'utilizzo dei jfet in campo audio, quando ormai tali componenti sono considerati quasi obsoleti e difficili da reperire (almeno quelli con caratteristiche adeguate). Nel 2015, la produzione dei 2SK170 ad esempio era già terminata da un bel pezzo.

Ma non posso dare torto all'autore, in quanto pure per me i jfet rappresentano il miglior componente attivo a stato solido laddove è possibile utilizzarlo, ovvero stadi di piccolo segnale: preamplificatori, stadi di linea, ampli microfonici, per testine fonografiche, etc.

Le caratteristiche peculiari sono quelle di essere dei fet in depletion mode, ovvero normalmente in stato ON, con il gate che deve diventare negativo per portarli nello stato OFF. Questa caratteristica li rende molto simili alle valvole, insieme al fatto che nel loro gate non scorre praticamente alcuna corrente, così come infatti succede nei tubi a vuoto con la griglia. Il gate isolato, e nei jfet a trasconduttanza medio-bassa con capacità parassita molto piccola, intorno ai 10 pF, li rende il dispositivo ideale dove sia necessaria un'alta impedenza di ingresso, oppure quando, qualora se ne ravveda la necessità, non si voglia caricare lo stadio precedente.

Un'altra cosa che mi fa riflettere è che, nella mia corsa ad aumentare le prestazioni dei miei opamp AF7102, i jfet hanno preso il posto dei bjt nei punti chiave del progetto: prima lo stadio di ingresso, e ora, con l'AF-7102-J (a cui si aggiungerà presto la versione -K), lo stadio di uscita.

Per fortuna alcuni jfet con caratteristiche eccellenti sono ancora prodotti da Toshiba, e possono quindi ancora essere utilizzati con grande soddisfazione. Nell'HDAC+ sono presenti, come appunto ho già scritto, nei moduli AF7102-J (o -K, gli ultimissimi). La storia di tale dac, con gli innumerevoli affinamenti che si sono succeduti nel tempo, rappresenta per me la prova del grande valore di questi componenti.

Secondo la tua esperienza, in che finestra sono lineari (in una configurazione differenziale)? sia come accettazione in ingresso che come tensione di uscita?

mariovalvola ha scritto:Secondo la tua esperienza, in che finestra sono lineari (in una configurazione differenziale)? sia come accettazione in ingresso che come tensione di uscita?

Non hanno alcun limite in quel senso, a meno che non ci si riferisca alla tensione di breakdown, ovvero la massima tensione ammessa tra drain e source, che comunque nei Toshiba ad esempio è di 50 volt, ampiamente sufficiente per qualunque utilizzo in campo audio.

Il problema con i jfet, almeno per raggiungere le prestazioni tecniche stellari a cui ci siamo abituati con i depliant odierni, è la loro trasconduttanza più bassa rispetto ai bjt. Pur essendo meno lineare di un jfet, il bjt riesce a diventare comunque molto lineare proprio grazie alla sua trasconduttanza più elevata, il che significa tassi di NFB applicabili più elevati.

D'altra parte, il jfet hai dei vantaggi che rendono il loro utilizzo ancora appetibile. Ad esempio il loro gate isolato e quindi corrente in ingresso praticamente nulla, come dicevo prima, oppure il rumore bassissimo per sorgenti a impedenza medio-elevata, tipiche di un potenziometro. E poi questa attitudine a non caricare quasi per nulla lo stadio che li precede: di solito trascurata, questa caratteristica rende i circuiti in cui sono utilizzati jfet, più ben suonanti rispetto agli stessi con bjt.

In questi anni di gioco e sperimentazione, posso dire con una certa sicurezza che l'apporto di questi componenti proprio a livello di ascolto, nei miei progetti almeno, è stato determinante. E l'unica spiegazione che posso darmi al fatto che non vengano usati più spesso a livello commerciale, è il costo e la complicazione dovuti al fatto che i jfet hanno parametri che variano molto da un esemplare all'altro. Ma per alcuni circuiti questo non è importante, mentre per l'uso nei differenziali c'è un modello duale specifico prodotto da Toshiba...

Grazie. 
Prima o poi, li proverò. Sicuramente ti romperò le scatole considerando la tua esperienza 

mariovalvola ha scritto:Grazie. 
Prima o poi, li proverò. Sicuramente ti romperò le scatole considerando la tua esperienza 

Quando vorrai, a me non potrà che farmi piacere.  

Tra l'altro i jfet sono preferibili nei circuiti molto sensibili in quanto la giunzione b-e dei bjt (che è polarizzata direttamente, a differenza dei jfet!) ha la funesta tendenza a fare da rilevatore/rettificatore per ogni sorta di disturbo a radiofrequenza.

Rimane, oltre l'entusiasmo per il tipo di dispositivi, il rammarico per la loro problematica reperibilità...

La scarsa reperibilità si riferisce anche ai componenti smd? Sempre che ce ne siano di adeguati, ma visti i tuoi opamp direi di si 

b.veneri ha scritto:La scarsa reperibilità si riferisce anche ai componenti smd? Sempre che ce ne siano di adeguati, ma visti i tuoi opamp direi di si 

Per fortuna Toshiba ancora produce un paio di jfet in package SMD, con caratteristiche adeguate per l'audio.

Il 2SK2145-BL usato nei miei opamp, ad esempio. Che poi è la versione (duale) smd dell'analogo a foro passante 2SK117, usato invece nell'AF-N.

Il singolo 2SK117 ha la sua versione smd nell'analogo 2SK209 che è ancora in produzione.

Nel futuro, se ci sarà un nuovo AF-N, questo utilizzerà i nuovi moduli AF7102-K, che sono uguali ai -J, ma con il buffer migliorato per erogare più corrente e soprattutto su impedenze più basse (con un carico da 500 ohm la distorsione sale solo di uno 0.002% circa, un'inezia). Ciò lo rende adatto a fare da stadio di ingresso e pilota in un AF-N.

Grazie!