Pourquoi les FET Font d'Excellents Amplificateurs Tampons : Haute Impédance Entrée, Basse Impédance Sortie

Exigences d'un Amplificateur Tampon

Un tampon (suiveur de tension) nécessite : haute impédance d'entrée (pour ne pas charger la source), basse impédance de sortie (pour piloter la charge), gain unitaire, large bande passante et faible distorsion. Les FET — notamment JFET et MOSFET — excellent sur les cinq critères.

1. Impédance d'Entrée Ultra-Élevée (Z_in)

• Grille JFET : Jonction PN polarisée inverse → I_G ~ pA–nA → Z_in > 10¹⁰ Ω (souvent 10¹² Ω).
• Grille MOSFET : Isolée (SiO₂) → I_G ~ fA → Z_in effectivement infinie (limitée par fuites PCB).
• Base Bipolaire (BJT) : Jonction polarisée directe → I_B = I_C/β → Z_in = β·r_e ≈ 10–100 kΩ. Charge la source de manière significative.

2. Basse Impédance de Sortie (Z_out) en Suiveur de Source

• Configuration drain commun (suiveur de source) : V_out suit V_in - V_GS.
• Z_out ≈ 1/g_m (typiquement 50–500 Ω pour FET petits signaux).
• Peut piloter directement lignes audio 600 Ω, entrées ADC, câbles coaxiaux.
• Suiveur d'émetteur BJT : Z_out ≈ 1/g_m aussi, mais nécessite courant de base → Z_in plus faible.

3. Large Bande Passante

• Pas de délai de stockage porteurs minoritaires (contrairement aux BJT).
• f_T (fréquence gain unitaire) MOSFET/JFET RF : 1–20 GHz.
• Bande passante suiveur de source limitée par C_gs + C_charge — aisément > 100 MHz avec layout soigné.

4. Faible Bruit

• Bruit thermique seulement (résistance canal) — pas de bruit de tir du courant de grille.
• JFET : 1–5 nV/√Hz (ex. LSK489, 2SK170).
• MOSFET : bruit 1/f légèrement supérieur ; MOSFET RF compétitifs.
• BJT : bruit de tension plus faible mais bruit de courant s'ajoute à haute Z source.

5. Excellente Linéarité

• Loi carrée (JFET) ou quadratique (MOSFET) → distorsion harmonique 2 prévisible.
• Pas d'exponentielle I_C-V_BE (BJT) → plus facile à linéariser par contre-réaction/dégénérescence.
• Résistance de dégénérescence source (R_S) améliore encore la linéarité.

6. Circuit Suiveur de Source — Le Tampon FET Classique

 Vdd | [R_D] (optionnel, pour source de courant) | Grille ────── Vin | FET | Source ────── Vout (suit Vin - Vgs) | [R_S] ou Source de Courant | GND 

• Gain tension ≈ g_mR_S / (1 + g_mR_S) → ~0,9–0,99.
• Entrée : grille (Z_in = R_G || Z_grille ≈ 1–10 MΩ fixé par résistance de polarisation).
• Sortie : source (Z_out ≈ 1/g_m || R_S).

Applications

• Étage d'entrée préampli audio (capteur piézo, micro à condensateur).
• Instrumentation : tampons sonde pH, photodiode, accéléromètre.
• Pilotes ADC : basse Z_out charge condensateur d'échantillonnage rapidement.
• RF : pilotes ligne 50 Ω, tampons OL.
• Sondes actives (oscilloscope) : entrée FET → 1 MΩ || 1 pF.

Mises en Garde

• Sensibilité ESD : Oxyde grille MOSFET rompu ~30 V. Manipuler avec bracelet antistatique.
• Dérive température : V_GS(th) varie ~ -2 à -4 mV/°C. Utiliser paires appariées ou polarisation source de courant.
• Coût : JFET doubles appariés (LSK489, 2SK389) 5–20 $ vs paires BJT 0,20 $.

Verdict

Pour sources haute impédance (capteurs, capteurs, points de test), les tampons FET sont uniquement capables — ils capturent le signal sans le charger, puis pilotent l'étage suivant avec autorité. Les BJT n'égalent pas l'impédance d'entrée ; les amplificateurs opérationnels ajoutent bruit/complexité. FET = le tampon naturel.