JFET CAPACITANCE
CALCULATIONS
JFET CAPACITANCE CALCULATIONS
In order to simplify the design procedure for the frequency response of the JFET amplifier we will
consider effect of each capacitance separately. In other words, treat all others as if they are very
large in size while concentrating on the one being taken into consideration at the time. Figure 1
below is depicting the case in which CG is being considered as the only capacitance affecting the
frequency response.
Figure 1. SSAC of Common Source Stage with all Capacitors except CG are assumed to be too
large to affect the frequency response.
Note that CG creates a "High-Pass" single pole simple RC filter effect as Vsignal passes to the
gate. The equivalent resistance it sees for the cut-off frequency is,
HReq LCG = RG + Rsignal
1
i
y
w-3 dB = jjjj ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ zzzz
k Req .CG {
CG can be calculated from above for a given cut-off frequency. Equivalent Resistance for CD :
Univ. of Southern Maine
1
ELE342/343 Electronics 1999/20
JFET Amp Capacitance Calculations-v03.nb
Prof. M. G. Guven
Figure 2. SSAC of Common Source Stage with all Capacitors except C D are assumed to be too
large to affect the frequency response
HReq LCD = RL + Hrds ˛ RD L
Rout = Hrds ˛ RD L
Equivalent Resistance for CS :
Figure 3. SSAC of Common Source Stage with all Capacitors except CS are assumed to be too
large to affect the frequency response
HReq LCS = RS ˛ @HR' Leq D CS
Univ. of Southern Maine
2
ELE342/343 Electronics 1999/20
JFET Amp Capacitance Calculations-v03.nb
Prof.M.G.Guven
Figure 4. VTest - ITest Method Applied to Determine HR 'Leq seen by CS at the source of the JFET
DvGS = Vg - Vs ,
Vg = 0, Vs = Vtest
Make a Norton-Thevenin conversion:
Figure 5.
Univ. of Southern Maine
3
ELE342/343 Electronics 1999/20
JFET Amp Capacitance Calculations-v03.nb
Vtest = Itest Hrds + RD ˛ RL L + gm H-Vs L.rds
Prof. M. G. Guven
Vs = Vtest
Vtest H1 + gm rds L = Itest Hrds + RD ˛ RL L
Vtest
Hrds + RD ˛ RL L
HR' eq LCS = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
Itest
H1 + gm rds L
One can take into account multiple effects of all three capacitances by using a correction factor, k
to calculate the capacitor values in the case when all of the capacitors are taken to create the same
cut-off frequency. Obviously, if all except one are taken to be much larger than the values calculated above no such correction is needed. Then,
i 1 y
1. w-3 dB = jjjj ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ zzzz.k
k Req .C {
k is correction for multiple capacitances.
w-3 dB ∫ amplifier' s specified 3 dB cut - off frequency
k = 1.96
for 3 capacitances all chosen to create the same cut off point as the others
If no 3-dB cut-off point is specified but a working frequency is given, in order to avoid the filtering
effect of the capacitances their values should be chosen to create cut-off points well below the
lowest operating frequency. A safe rule is to leave a factor of 10 as given below.
wlowest
i 1 y
2. jjjj ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ zzzz £ ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
10
k Req .C {
Univ. of Southern Maine
If there is no 3 dB point specified.
4
ELE342/343 Electronics 1999/20
JFET Amp Capacitance Calculations-v03.nb
Prof.M.G.Guven
ü Capacitor Calculations For The Example Circuit above:
f-3 dB £ 50 hz
H1.96L
1
ij 1 zy
jjj ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ zzz.H1.96L = 2 pf-3 dB î C ≥ ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
2 pf-3 dB Req
157 Req
k Req .C {
1
CG ≥ ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = 13.5 nFarad
Ceramic or paper will do.
157 * 470 KW
1
CD ≥ ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
157 * HRout + RL L
1
= ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = 320 nFarad HRL = small is the worstL
157 * H20 KW + smallL
1
Hrds + RD ˛ RL L
134 KW + H23.5 KW ˛ RL L
CS :
HR' eq LCS = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ > ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = 1 KW
-3
gm
H1 + gm rds L
1 + 10 * 134 KW
1
ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ = 7.6 mFarad
CS ≥ ÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄÄ
157 * H1 KW ˛ 5.3 KWL
Electrolytic or Tantalum
Homework:
Use Microsim Suite to draw the circuit diagram of this design and verify its bias as well as the
small signal gain and frequency response with J2N3819. Make sure you run the simulation with
the SPICE parameters of the JFET modified to the numbers used in the example above.
Univ. of Southern Maine
5
ELE342/343 Electronics 1999/20