Frage zu Jfet Schaltung aus AN32 von National Semiconductor

[kolisson]

Hallo mal wieder.

von zeit zu zeit suche ich lösungsansätze in den application notes verschiedener hersteller. nun war es wieder so und ich hab da echt mal ne frage, ob da vielleicht etwas falsch drinne stehen kann.

in der AN32 von National


zunächst also mal ein bild aus dem dokument (http://www.national.com/an/AN/AN-32.pdf auf der seite 8 unten findet sich folgende schaltung vom "WIDEBAND BUFFER" also ein impedanzwandler mit verstärkung = 1:

http://farm4.static.flickr.com/3602/3348370386_602bc19cae_o.jpg

Diese Schaltung funktioniert auch wie gewünsch recht gut.


auf der gleichen seite der AN rechts daneben findet sich das gleiche, allerdings mit verstärkungsfaktor. hier das bild:

http://farm4.static.flickr.com/3621/3347533861_0733906ae6_o.jpg

Leider funktioniert diese Schaltung nicht wie gewünscht. wenn man die im Bild abgedruckte Formel für die Verstärkung zugrunde legt, kann ich nur feststellen, dass die wirklichkeit weit davon abweicht. es ist auch garnicht feststellbar, dass es ein präziser faktor wäre, mit dem die abweichung umher geht.

Wenn ich jedoch den 1k widerstand, (also nicht den R1) rechts neben R1 weglasse, dann simmt das in etwa mit der Verstärkung.

Also nun mal die Fragen dazu:
1.) ist dieser 1k Widerstand evt. fälschlich eingezeichnet und die haben das seit 1970 nicht gemerkt ?

2.) was mache ich falsch ? (ist wohl eher wahrscheinlicher als 1)

3.) kann es evt daran liegen, dass ich statt des 2N4416 einen BF245A verwende und statt des 2N5139 einen BC177C


Ich bin sicher, ihr wisst das, oder könnt mich auf die richtige fährte bringen.



Eine andere Frage am Rande ist auch:
diese J-Fets sind doch eigentlich recht praktisch. leider gibts die ja kaum noch. durch was wird das eigentlich ersetzt ?
ich hab noch ne kleine menge von Bf245 und ein paar 2Sk170 aber was mach ich später ?

schöne grüsse
Klaus


und noch ergänzend:
der 10Mega widerstand am Gate des Fet, ist der wirklich nötig ? ich hab den weggelassen, da ich als eingang eine ferritantennenspule mit abgestimmtem kondensator verwende. ich dachte hier, dass das sowieso niederohmiger als 10M ist.

[Namenlos]

Hallo!

Ich denke das diese 10M wichtig sind da es sich hierbei
wahrscheinlich um den Rückkopplungswiderstand handelt.
Wenn du diesen Widerstand nicht benutzt ist es normnalerweise
auch kein Wunder das alles so daneben liegt.
So ganz sicher bin ich mir da aber auch nicht.

Liebe Grüße
Namenlos

[Besserwessi]

Die Schaltung sieht eigentlich richtig aus. Der 1 K Widerstand könnte sogar eher noch kleiner werden, wenn es um hohe Frequenzen geht. Oft wird der 100 Ohm Widerstand am Emitter noch weggelassen. Die Schaltung sollte auch mit dem BC 177 gehen, zumindestens bis etwa 10 MHz, vielleicht auch etwa weiter.

Der Gleichspannungsarbeitspunkt der Schaltung ist etwas ungünstig einzustellen. Der hängt von R1 und dem 1 K Widerstand an der Basis des 2N5139 und auch vom JFET Typ und den Exemplarstreungen ab. Die Fets können sich da schon mal um 1 V unterscheiden, was bei dem Beispiel dann 10 V am Ausgang entsprechen würden. Bei wenig Verstärkung ist das nicht so schlimme, aber bei mehr Verstärkung ist der Gelichspannungswert halt doch schon wichtig.


Der 10 M Widerstand am Eingang ist für den Gleichspannungspegel. Wenn die Signalsquelle, wie eine Spule also für einen definierten Gleichspannungspegel sorgt kann man den getrost weglassen. Man braucht den Widerstand für kapazitive Signalquellen oder mit einem Koppelkondesator.

Bei den JFets gibt es nicht so viele Typen, aber die werden noch weiter produziert. Die Anwendungen sind meistens relativ ähnlich, so dass man keine so verschiedenen Parameter und entsprechend viele Typen braucht. Für einige Rauscharme hochohmige Verstärker sind JFETs immer noch die beste Wahl. Eine Typische Anwedung sind z.B. Elektretmikrofone.
Bei vielen Anwendungen kann man auch "depletion" MOSFETs nehmen, wobei die aber eher noch seltener als JFETs sind.

Edit:
der BF245A ist doch etwas anders als der 2N4416A. Der BF245B wäre ein besserere Ersatz. Mit dem BF245A müßte man wohl R1 und R2 deutlich kleiner wählen (z.B. 100 Ohm und 1 K) und ggf. den Widerstand oben etwas größer.

[kolisson]

hallo besserwessi,

danke mal für deine ausführungen und entschuldige, dass meine antwort nun etwas gedauert hat.
ich war halt sehr sehr beschäftigt.

irgendwie hab mich da wieder an dieser sache festgebissen.

bezüglich der genanntenschaltungen ist es aber messtechnisch irgendwie so, dass in der zweiten schaltung "high impedance low capacitance amplifier" die verstärkung der gesamtschaltung durch den 1kohm am kollector des pnp ieder zunichte gemacht wird.

irgendwie wäre es ja auch logisch, da die grösse des kollektorwiderstandes ja den verstärkungsfaktor bestimmt.

wir werden sehen was noch rauskommt.. und ich arbeite weiter daran.

gruss klaus

[nikolaus10]

Hallo
Die 10 M am Eingang spannen das Gate negativ vor. Wird aber nur gebraucht wenn du einen Eingangskoppelkondensator hast,
Warum hast du denn keinen, der koennte wenn er klein ist doch das Netzbrummen fern halten?
Ja, die FET's streuen sehr. Ein Teil der Schaltung wird nur dafuer benoetigt die Streung in den Griff zu bekommen.
Sonst must du die beiden Transitoren in Steckfassungen installieren und verschiedene Typen ausselektieren. Der BC177C hat eine deutlich hoerer Stromverstaerung.

[Besserwessi]

Der Widerstand am Ausgang des PNP sorgt dafür, das der Ausgang nicht zu hochohmig wird und der PNP-Transistor mit etwas mehr Strom arbeitet. Die Reduktion der Verstärkung des PNPs nimmt man hier in Kauf. Sonst müßte man da eine aktive Stromsenke mit einem Transistor oder bei HF ggf. eine zusätzliche Induktivität nehmen.
Die Verstärkung der Gesamtschaltung wird aber weiterhin durch das Verhälnis der Widerstände R1, R2 bestimmt. Abgesehen von einem Offset ist die Schaltung ohne R1,R2 so ähnlich wie ein Operationsverstärker.

[PICture]

Hallo!

Ich wollte mich zuerst über die Schaltung überhaupt nicht äussern. Letztenlich schreibe ich jedoch meine Meinung darüber, egal wie sie von anderen beurteilt wird. Ich bezweifle nicht, dass rein theoretisch, sollte die Schaltung, wie in der o.g. "application note" erklärt wurde, funktionieren. Ich bin aber mehr Praktiker als Theoretiker und sehe das etwas anders.

Für mich hat der FET (BF245) eigener "Widerstand" Rds um 200 Ohm, der seriell mit zwei Widerständen 1k (also insgesamt 2k) geschaltet ist. Deswegen Änderungen seines Widerstandes werden 10-fach kleinere Änderungen auf seinem S und D verursachen können. Das bedeutet eine Spannungsverstärkung von der FET-Stufe um Ku1 = 1/10.

Der p-n-p Transistor hat eine Spannungsverstärkung um Ku2 = Rc / Re = ca. 10. Fur mich hat die Schaltung dann gesamte Verstärkung Ku = Ku1 * Ku2 = ca. 1.

Nach der Entfernung des o.g. Widerstandes 1 k ändert sich die Verstärkung auf Ku2 = 100 und die gesamte Verstärkung ist ca. 10.

Der FET (2N4416) aus der 70'er Jahre hatte wachrscheinlich ein Rds um 2 kOhm und die Schaltung die angegebene Verstärkung. Aber in letzten Jahren hat sich die Forschung um möglichst niedrigen Rds bemüht und solcher FET ist heutzutage kaum zu finden.

Die Parameter der Schaltung sind auch von der Höhe der VCC abhängig. In der Praxis die maximale Verstärkung einer FET-Stufe besteht für Rd = Rds und ohne Widerstand am Source und beträgt ca. 1/2.

Ich habe nur als Beispiel im Code eine Schaltung skizziert, die eine Verstärkung um Ku=10 haben sollte. Der Rd muss aber so angepasst werden, dass für vorhandenen FET und VCC, der Kollektorstrom des p-n-p Transistors (z.B. Ic = ca. 2,5 mA bei VCC = 5V) passt.

Die ursprüngliche Schaltung ist ein sehr gutes Beispiel für den Unterschied zwischen Theorie und Praxis , wenn nicht die identische Bauteile, wie in "aplication note" verwendet werden. :)

MfG


VCC
+
|
+--+--+
| |
.-. .-.
Rd| | | |Re
200| | | |51
'-' '-'
| |
| |
| |<
+---| BC177
BF245 | |\
|-+ |
| +----->
>-----+->|-+ |
| | .-.
.-. === | |Rc
Rg| | GND | |1k
10M| | '-'
'-' |
| ===
=== GND
GND

[Besserwessi]

Die Schaltung oben geht recht gut. Mit einer Verstärkung von rund 2 und etwas Niderohmiger kenne ich die z.B. als Videoverstärker. Die Verstärkung wird duch die Rückkopplung bestimmt. Man hat dadurch eine recht gute Linearität auch bis zu hohen Frequenzen. Als Eingangsverstärker für einen Frequenzzähler nutze ich eine ähnliche Schaltung als breitbandigen Verstärker.
Die Schaltung hat vor allem 2 Probleme:
1) Der DC abgleich ist schwierig, wegen der Variationen zwischen verschiedenen FET Exemplaren.
2) Ein PNP Transistor bestimmt die Geschwindigkeit.


Die Steilheit oder gar der On-Widerstand des FETs sind da Nebensächlich. Der Fet macht im wesenlichen die Impedanzwandlung, die eigentliche Spannungsverstärkung macht der PNP transistor. Wegen der Rückkoppplung sollte hier eine möglichst hohe Verstärkung genutzt werden, deshalb eher ohne den Widerstand am Emitter des PNP.
Der 1 K Widerstand am Ausgang wird gebaucht, um den PNP Transistor mit genügend Strom zu betreiben. Den Spannungsteiler für die Rückkopplung kann man nicht immer niederohmig genug wählen, denn der beeinflußt auch den DC Pegel.

[PICture]

Hallo Besserwesssi!

Wenn der Impedanzwandler/Verstärker nur für AC vogesehen ist, würde ich, wegen von dir beschriebener Nachteile, die beide Stufen mit Kondensatoren für DC trennen. Dann lassen sich für jede Stufe die Arbeitspunkte unaghängig voreinander festlegen. Bei DC Kupplung ist es wirklich sehr schwerig, aber die meisten Frequenzzähler sind mit minimaler Frequenz z.B. 10 Hz annehmbar.

Ich habe auch ziemlich viele Schaltungen von breitbändigen Verstärker für geplannten Frequenzähler bis 100 MHz analisiert und simuliert. Die beste Lösung scheint mir eine Kaskadierung von identischen Stufen mit sehr schnellen n-p-n Transistoren und Ku = ca. 10 mit Emitterfolger dazwischen zu sein.

Übrigens, wenn du mir einen Schaltplan ausprobierter Schaltung zum Nachbauen gibst, werde ich sehr dankbar. :)

MfG

[Besserwessi]

Die Verstärkung in meinem Frequenzzähler funktioniert schon. Wegen des DC Problems sind bei mit auch Kondensatoren drin, die bei niedrigen Frequenzen die Verstärkung reduzieren. Eine hohe Verstärkung DC gekoppelt ist halt ein Problem, und erfordert halt gelegentlich einen abgleich.

Das Problem mit dem "langsamen PNP" habe ich auf die alte Art gelöst und einen alten Germaniumtransistor (AF379 oder AF279 ?) genommen. Die sind schon recht schnell, denn bei PNPs hat Germanium auch mal Vorteile gegen Silizium. Wenn man nicht gerade ein paar derartige Antiquitäten hat ist da natürlich keine gute Lösung. Es gibt wohl auch vergleichbares in Silizium, ist aber schon selten.

[Besserwessi]

J Fets gibt es ohnehin nicht so besonders viele verschiedenen Typen. Die einizige SMD Version die ich kenne ist der BF862. Der ist als sehr rauscharmer Typ mit relativ wenig Kapazität auch recht gut für empfindliche Verstärker geeignet. Wo man den kriegt weiss ich leider auch nicht.

Für eine HF Verstärker sind MOSFets keine so schlechte Wahl. Nur hat man da meistens Anreicherungstypen, seltener Verarmungstypen. Die Schaltung kann sich dadurch etwas ändern.

[PICture]

Danke schön! Den BF862 gibt es beim Reichelt nicht und ich werde nicht weiter suchen sondern nehme ich die BF1009S von Pollin. Mit einer DC Spannung kann ich dann automatisch die Verstärkung je nach Amplitude des Eingangssignals regeln (AGC).

MfG

[Besserwessi]

Bei der oben gezeigten Schaltung und ähnlichen wird die Verstärkung durch die Rückkopplung gestimmt. Die Verstärkungsregelung macht man ohne Rückkopplung. Der BG MOSfet ist trotzdem nicht schlecht. Man kann mit dem 2 ten Gate aber den DC Arbeitspunkt einstellen und die DG Mosfets haben ziehmlich wenig Eingangskapazität im Vergelich zu den meisten JFETs.

[PICture]

Das stimmt. Ich habe nur ein bischen Angst wegen ESR, da ich bisher mit SMD MOSFETs nichts gemacht habe und bei den verdrahteten hat es endlose leitende Gummis gegeben, die man nach dem einlöten entfernt hat. Ich habe nur einen mit der Schutzleitung der Steckdose verbundenen Metallarmband, bin aber nicht sicher ob das reicht.

Das ist für mich ein neues Thema zum Lernen, aber die Lernkosten, in dem Fall, zum Glück sehr gering sind. :)

MfG

[kolisson]

hallo ihr lieben,

ist doch schön, wie sich das ganze hier so weiterentwickelt hat.

@picture
ich habe die sache mit dem ferritvoverstärker weiter untersucht. nicht zuletzt habe ich auch deinen schaltungsvorschlag von gestern mit in betracht gezogen.
da es mir alles zu bunt wurde hab ich dann mal mit potis am FET gearbeitet. das ergebnis ist allerdings so, dass man beim BF245A mit den 200ohm am drain nicht wirklich gut hinkommt. (und wie gesagt es ist der A Typ)

in einem bereich von 800 ohm und 1,5kohm als drainwiderstand hat man in etwa eine leistungsanpassung und das optimale ergebnis.
die folgestufe mit bipolar konnte ich mir dann auch gleich einsparen, da der durch den fet gebildete ausgangswiderstand dann gleich sehr gut zu meinem bandfilter passt.

nichts desto trotz werde ich weiter testen und melden.


@all
da hab ich doch hier im thread darüber gelesen, dass solche germaniumtransistoren evt. wieder interessant werden könnten.
gestern fand ich zufällig eine quelle für AF239

hier der link:
http://www.ulrichradig.de/home/index.php/menu_head/rhs_elektronik_onlineshop


soweit ersteinmal..
später melde ich mich wieder.

gruss klaus

p.s.
schaut doch schonmal dahin:


AVR 10MHz 50MS/s Digital Storage Oscilloscope

http://www.ulrichradig.de/home/index.php/avr/avr-dso


ich habs mir gestern schonmal bestellt. ist doch ein wirklich schönes bastelprojekt. für mich umsomehr interessant, damit ich nicht für jede kleinigkeit (manchmal gehts ja nur um eine abschätzung) meinen dieselgenerator anwerfen muss um mein dickes hameg-analog zum leuchten zu bringen.