Por Que FETs São Excelentes Amplificadores Buffer: Alta-Z Entrada, Baixa-Z Saída

Requisitos de Amplificador Buffer

Um buffer (seguidor de tensão) precisa: alta impedância de entrada (para evitar carregar a fonte), baixa impedância de saída (para pilotar a carga), ganho unitário, larga banda e baixa distorção. FETs — especialmente JFETs e MOSFETs — excel em todos cinco.

1. Impedância de Entrada Ultra-Alta (Z_in)

Gate JFET: Junção PN polarizada reversamente → I_G ~ pA–nA → Z_in > 10¹⁰ Ω (frequentemente 10¹² Ω).
Gate MOSFET: Isolado (SiO₂) → I_G ~ fA → Z_in efetivamente infinita (limitada por vazamento PCB).
Base Bipolar (BJT): Junção polarizada diretamente → I_B = I_C/β → Z_in = β·r_e ≈ 10–100 kΩ. Carrega fonte significativamente.

2. Baixa Impedância de Saída (Z_out) em Seguidor de Fonte

Configuração dreno-comum (seguidor de fonte): V_out segue V_in - V_GS.
Z_out ≈ 1/g_m (tipicamente 50–500 Ω para FETs pequeno sinal).
Pode pilotar linhas áudio 600 Ω, entradas ADC, cabos coaxiais diretamente.
Seguidor emissor BJT: Z_out ≈ 1/g_m também, mas precisa corrente base → Z_in menor.

3. Larga Banda

Sem atraso de armazenamento de portadores minoritários (diferente de BJTs).
f_T (freq. ganho unitário) de MOSFETs/JFETs RF: 1–20 GHz.
Largura de banda seguidor fonte limitada por C_gs + C_carga — facilmente > 100 MHz com layout adequado.

4. Baixo Ruído

Apenas ruído térmico (resistência canal) — sem ruído shot de corrente gate.
JFETs: 1–5 nV/√Hz (ex.: LSK489, 2SK170).
MOSFETs: ruído 1/f ligeiramente maior; MOSFETs RF competitivos.
BJTs: menor ruído tensão mas ruído corrente adiciona em alta Z fonte.

5. Excelente Linearidade

Lei quadrática (JFET) ou quadrática (MOSFET) transferência → distorção harmônica 2ª previsível.
Sem I_C-V_BE exponencial (BJT) → mais fácil linearizar com realimentação/degeneração.
Resistor de degeneração fonte (R_S) melhora linearidade further.

6. Circuito Seguidor de Fonte — O Buffer FET Clássico

 Vdd | [R_D] (opcional, para carga fonte corrente) | Gate ────── Vin | FET | Source ────── Vout (segue Vin - Vgs) | [R_S] ou Fonte Corrente | GND

Ganho tensão ≈ g_mR_S / (1 + g_mR_S) → ~0,9–0,99.
Entrada: gate (Z_in = R_G || Z_gate ≈ 1–10 MΩ definido por resistor bias).
Saída: source (Z_out ≈ 1/g_m || R_S).

Aplicações

Estágio entrada pré-amplificador áudio (captação piezo, microfone condensador).
Instrumentação: buffer sonda pH, fotodiodo, acelerômetro.
Drivers ADC: baixa Z_out carrega capacitor amostra rápido.
RF: drivers linha 50 Ω, buffers LO.
Sondas ativas (osciloscópio): entrada FET → 1 MΩ || 1 pF.

Ressalvas

Sensibilidade ESD: Óxido gate MOSFET rompe ~30 V. Manuseie com pulseira antiestática.
Deriva temperatura: V_GS(th) muda ~ -2 a -4 mV/°C. Use pares casados ou bias fonte corrente.
Custo: Pares JFET duplos casados (LSK489, 2SK389) $5–20 vs. pares BJT $0,20.

Veredito

Para fontes alta-Z (sensores, captações, pontos de teste), buffers FET são unicamente capazes — capturam sinal sem carregá-lo, então pilotam próximo estágio com autoridade. BJTs não igualam impedância entrada; amp-ops adicionam ruído/complexidade. FET = buffer natural.