Por Qué los FET Son Excelentes Amplificadores Búfer: Alta-Z de Entrada, Baja-Z de Salida

Requisitos del Amplificador Búfer

Un búfer (seguidor de tensión) necesita: alta impedancia de entrada (para no cargar la fuente), baja impedancia de salida (para conducir la carga), ganancia unitaria, ancho de banda amplio y baja distorsión. Los FET —especialmente JFET y MOSFET— destacan en los cinco aspectos.

1. Impedancia de Entrada Ultra-Alta (Z_in)

• Puerta de JFET: Unión PN inversamente polarizada → I_G ~ pA–nA → Z_in > 10¹⁰ Ω (a menudo 10¹² Ω).
• Puerta de MOSFET: Aislada (SiO₂) → I_G ~ fA → Z_in efectivamente infinito (limitado por fuga de PCB).
• Base de BJT: Unión PN directamente polarizada → I_B = I_C/β → Z_in = β·r_e ≈ 10–100 kΩ. Carga significativamente la fuente.

2. Baja Impedancia de Salida (Z_out) en Seguidor de Fuente

• Configuración de drenaje común (seguidor de fuente): V_out sigue V_in - V_GS.
• Z_out ≈ 1/g_m (típicamente 50–500 Ω para FET de señal pequeña).
• Puede conducir líneas de audio de 600 Ω, entradas de ADC, cables coaxiales directamente.
• Seguidor de emisor BJT: Z_out ≈ 1/g_m también, pero necesita corriente de base → menor Z_in.

3. Ancho de Banda Amplio

• Sin retraso de almacenamiento de portadores minoritarios (a diferencia de los BJT).
• f_T (frecuencia de ganancia unitaria) de MOSFET/JFET de RF: 1–20 GHz.
• El ancho de banda del seguidor de fuente está limitado por C_gs + C_load —fácilmente > 100 MHz con diseño adecuado.

4. Bajo Ruido

• Solo ruido térmico (resistencia de canal) —sin ruido de disparo de corriente de puerta.
• JFETs: 1–5 nV/√Hz (p. ej., LSK489, 2SK170).
• MOSFETs: ruido 1/f ligeramente mayor; MOSFET de RF competitivos.
• BJTs: menor ruido de voltaje pero el ruido de corriente se suma en alta impedancia de fuente.

5. Excelente Linealidad

• Transferencia ley de cuadrado (JFET) o cuadrática (MOSFET) → distorsión armónica de 2do orden predecible.
• Sin exponencial I_C-V_BE (BJT) → más fácil de linealizar con retroalimentación/degeneración.
• Resistencia de degeneración de fuente (R_S) mejora la linealidad aún más.

6. Circuito Seguidor de Fuente — El Búfer FET Clásico

 Vdd | [R_D] (opcional, para carga de fuente de corriente) | Gate ────── Vin | FET | Source ────── Vout (sigue Vin - Vgs) | [R_S] o Fuente de Corriente | GND 

• Ganancia de voltaje ≈ g_mR_S / (1 + g_mR_S) → ~0.9–0.99.
• Entrada: puerta (Z_in = R_G || Z_gate ≈ 1–10 MΩ establecida por resistencia de polarización).
• Salida: fuente (Z_out ≈ 1/g_m || R_S).

Aplicaciones

• Etapa de entrada de preamplificador de audio (captura piezo, micrófono de condensador).
• Instrumentación: búferes de sonda de pH, fotodiodo, acelerómetro.
• Controladores de ADC: baja Z_out carga el capacitor de muestra rápido.
• RF: controladores de línea 50 Ω, búferes de LO.
• Sondas activas (osciloscopio): entrada FET → 1 MΩ || 1 pF.

Advertencias

• Sensibilidad ESD: El óxido de puerta de MOSFET se rompe a ~30 V. Manipule con pulsera antiestática.
• Deriva por temperatura: V_GS(th) cambia ~ -2 a -4 mV/°C. Use pares igualados o polarización con fuente de corriente.
• Costo: Pares duales de JFET igualados (LSK489, 2SK389) $5–20 vs. pares BJT $0.20.

Veredicto

Para fuentes de alta-Z (sensores, capturas, puntos de prueba), los búferes FET son únicamente capaces —capturan la señal sin cargarla, luego conducen la siguiente etapa con autoridad. Los BJT no igualan la impedancia de entrada; los op-amps añaden ruido/complejidad. FET = el búfer natural.