Transistor Toleranz

OP #6680159
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Hallo,

ich arbeite an einer Schaltung mit Transistoren. Es handelt sich um 
einen Verstärker bei dem es auf schnelle Schaltflanken bei hohen 
Spannungen (ca. 300V) ankommt. Ziel sollten 150V/us sein.

Nun verwende ich MJE340 und MJE350. In der Simulation dimensioniere ich 
das so, dass die gewünschten Schaltflanken passen. Baue ich das aber auf 
sind die Flanken rund 2mal langsamer. Ich muss dann erst den Querstrom 
entsprechend erhöhen um auf die Sollzeiten zu kommen.

Ich vermute dass die Transistoren die ich hier habe eine wesentlich 
höhere CJC (Kollektor-Basis-Kapazität) besitzen. Im Model sind es ca. 
10pF. Packe ich einen 8pF zusätzlich in die Simulation stimmt das 
Ergebnis mit meinen Messungen überein.

Zur CJC findet sich ja im Datenblatt keine Angabe. Auch nicht zum 
Toleranzbereich dieses Wertes. Kann es sein, dass sich Simulation (mit 
Model vom Hersteller) diesbezüglich so stark unterscheiden?
OP #6680172
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.MODEL mje340 npn
+IS=1.03431e-13 BF=172.974 NF=0.939811 VAF=27.3487
+IKF=0.0260146 ISE=4.48447e-11 NE=1.61605 BR=16.6725
+NR=0.796984 VAR=6.11596 IKR=0.10004 ISC=9.99914e-14
+NC=1.99995 RB=1.47761 IRB=0.2 RBM=1.47761
+RE=0.0001 RC=1.42228 XTB=2.70726 XTI=1
+EG=1.206 CJE=1e-11 VJE=0.75 MJE=0.33
+TF=1e-09 XTF=1 VTF=10 ITF=0.01
+CJC=1e-11 VJC=0.75 MJC=0.33 XCJC=0.9
+FC=0.5 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.5
+TR=1e-07 PTF=0 KF=0 AF=1
* Model generated on Feb 15, 2004
* Model format: SPICE3
OP #6680236
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Ich möchte nicht die ganze Schaltung zeigen. Hier eine Testschaltung.

Mir ist klar dass so nicht temperaturstabil usw. arbeitet. Es geht nur 
um den Test. C2 soll der Tastkopf sein.

Die Simulation zeigt, dass ich auf eine Risetime von 800ns kommen sollte 
wenn C1 und C3 = 0F sind. Gemessen sind es 2,2us. Das entspricht ca. 4pF 
für C1 und C3. 8pF waren vorhin doch etwas hoch angenommen.

In der Messung ist es ein fliegender Aufbau. Ohne GND Plan usw.
Angehängte Dateien:
#6680251
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Daniel S. schrieb:
> Ich möchte nicht die ganze Schaltung zeigen. Hier eine Testschaltung.

Naja. Was soll das werden? Q2 arbeitet als Konstantstromquelle und 
Pegelwandler. Aber 120k Basiswiderstand sind nicht so dolle. Wo soll 
denn der Strom für die Ansteuerung von Q1 herkommen?

Bau eine GESCHEITE Ansteuerung für Q1, z.b. mit einer echten 
Konstantstromquelle mit vielleicht 1-2mA, die an HV hängt. Die kann man 
dann auch problemlos mit einem NPN auf Masse kurzschließen.

150V/us sind nix Wildes, eher langsam. Soll das definiert so langsam 
schalten oder schaffst du nicht mehr?
(Firma: مهندس) #6680271
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Vermutlich ist Dir klar, daß C1 und C3 mit der Verstärkung der 
jeweiligen Stufe multipliziert zusätzlich eingehen? Miller-Effekt. Ob 4p 
oder 8p macht da große Unterschiede. Da spielen LP-Kapazitäten 
vergleichsweise kaum eine Rolle.

Leider sind die Datenblätter zu den MJE340/350 sehr sparsam was 
Kapazitäten angeht. Hat vielleicht seinen Grund, das sind nicht gerade 
schnelle Schalttransistoren.

Wieso setzt Du für Q3 nicht einen schnelleren Typ ein?
OP #6680282
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Hi,
ja Miller ist klar. Wegen der hohen Spannung ist das ja das Problem.

Ich bin eigentlich nicht so der analog Elektroniker. Deswegen kenn ich 
keine Standardtypen und kann die Eigenschaften auch nicht wirklich am 
Datenblatt erkennen. Ich hatte Transistoren gesucht und dann aufgrund 
mangelnder Angaben im Datenblatt im Model nach dem CJC gesucht. Das ist 
natürlich nicht der einzige Parameter. Aber ich habe keinen mit 
geringerem CJC gefunden.
Gast #6680310
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Daniel S. schrieb:
> Hi
> was wäre denn ein schnellerer Typ? Ich bin da nicht fündig geworden. Nur
> langsamere. 300V und sollte ohne zusätzlichen Kühlkörper 500mW abkönnen.
> SMD ist natürlich auch ok.

Da musst du heutzutage bei Mosfets suchen.
Die MJE340 sind langsame Treiber für Audio.
Der FZT558 oder der MMBT6520L (beide PNP),
sollten schneller sein. Bei NPN ist die Auswahl grösser.

Wenn du die Schaltung schneller bekommen willst, dann
musst du 1. mit dem Strom rauf gehen, und 2. schauen, dass
die Ansteuerung möglichst niederohmig ist (1 Ohm in deiner Sim ist eh 
schon gut).
OP #6680329
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Danke für die Tips. Die MJE waren in der Simulation auch nicht langsamer 
als die FZT558/FZT458. Die hatte ich schon mal getestet. Aber ich glaube 
echt, dass das am Model liegt.

Das ist aber echt doof wenn die Modelle die man findet nicht stimmen. 
Hat man irgendwie ne Chance aus dem Datenblatt das Model zu korrigieren?
Gast #6680343
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Ja das ist leider ziemlich doof.
Die Modele sind meist älter, als die Transistoren,
und werden vom Original Hersteller kopiert, der sich vo xxx Jahren
die Mühe gemacht hat, das Model zu erstellen. Genauso die Datenblätter.

Diodes Inc. machen noch ziemlich gute Transistoren und Modelle,
vielleicht mal da schauen, oder halt das Model anpassen.
Du kannst die Modelle einfach anpassen, ist nur ein Text File.

Wenn du mit dem Strom gar nicht raufgehen kannst, dann hilft noch
eine Kaskoden Schaltung (2 NPN übereinander, Basis vom zweiten
NPN sitzt auf fixem Potential), damit umgehst du den Millereffekt.
Gast #6680351
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Matthias S. schrieb:
> Der TE spricht von einer Schaltung, an der er arbeitet. Dafür werden die
> weltweiten Vorräte sicher reichen. Ich tendiere zum BF459, der kann ein
> wenig mehr Strom ab.

Wenn er schon mit der Anwenung nicht rausrückt, dann soll das auch
mal verkauft werden.  Ich finde es ja immer lustig, was da für ein
Geheimnis draus gemacht wird, jeder der wirlich interessiert ist, hat 
den
Schaltplan sowieso in kurzer Zeit kopiert.
OP #6680354
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Ich bin freiberuflich tätig. Ein Kunde hat mich gebeten seine Schaltung 
mal anzuschauen. Eigentlich ist das nicht mein Spezialgebiet. Aber um 
dort etwas Eindruck zu schinden wäre es halt gut wenn ich einen 
Vorschlag machen könnte der schneller und effizienter als der Aktuelle 
ist. Daher kann ich den Schaltplan nicht posten. Lieferfähig sollte er 
natürlich schon sein. Wenn möglich auch noch ein paar Jahre.
Gast #6680357
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Daniel S. schrieb:
> Wie kann ich dann ein Layout machen, bei dem ich die Toleranzen der
> Bauteile mit einbeziehe und die worst case Betrachtungen mache? Man kann
> ja schlecht alles austesten (Hitze, Alterung usw.)

Dafür ist das Datenblatt da.
Die Kapazitäten sind nicht sehr temperaturabhängig, eher 
Spannungsabhängig.
Worst case Werte einsetzen, und auf der sicheren Seite sein,
oder halt hoffen.
#6680360
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Daniel S. schrieb:
> Ich bin freiberuflich tätig. Ein Kunde hat mich gebeten seine Schaltung
> mal anzuschauen. Eigentlich ist das nicht mein Spezialgebiet.

Merkt man.

> Aber um
> dort etwas Eindruck zu schinden wäre es halt gut wenn ich einen
> Vorschlag machen könnte der schneller und effizienter als der Aktuelle
> ist.

Das wird eher eng. Dazu fehlt dir das Wissen und die Erfahrung.

> Daher kann ich den Schaltplan nicht posten. Lieferfähig sollte er
> natürlich schon sein. Wenn möglich auch noch ein paar Jahre.

Ist das eine reine Schaltstufe oder eine lineare Endstufe? Ich denke mal 
erstes. Wenn ja, kann man 300V heute deutlich einfacher per MOSFET 
schalten, die sind eher ZU schnell als zu langsam. Die Verlustleistung 
ist da auch kaum die Rede wert, schon gar nicht bei 120k Last.

Wenn man dir aber sinnvoll helfen soll, musst du schon mit ein paar 
Informationen rausrücken, siehe Netiquette.

Welche Last soll wie schnell mit welcher Frequenz und Spannung 
geschaltet werden?
Gast #6680367
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Gast #6680399
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Schade, daß du die Schaltung nicht zeigst.

Ich hab mal eine angehängt, die ich mal fast identisch gebaut hatte. Die 
langsamere steigende Flanke macht etwa 300V/µs, der Ruhestrom der 
Treiberstufe ist 2mA, die mittlere Verlustleistung demnach 300mW je 
Transistor. Die Endstufe ist ohne Ruhestrom, Pulsströme etwa 100mA bei 
Umladung der 200pF mit der gezeigten Geschwindigkeit. Die Schaltung 
wurde absichtlich mit 0/5V übersteuert, um die SlewRate zu zeigen. Der 
Arbeitspunkt liegt bei ca 150V Ruhespannung am Ausgang.

Auf die Diode kann man ggfs. verzichten, oder noch eine Schottky in 
Reihe schalten, je nach Anforderungen an die Übernahmeverzerrungen.
Angehängte Dateien:
#6680404
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150V/us sind nun nicht wirklich so schnell.
Und 120k // 10pF ist auch nicht die grosse Last.

Ist die Last wirklich so mikrig?
Und der Verstaerker ... ist doch eher ein Schalter, also ein 
Pegelwandler.

Ich verwende hier eher normale P-FETs. Helfen wuerde es, wenn die 
Pulslaenge begrenzt waere, und die Duty Cycle auch.

Also, mit einem P-FET, welcher an der Speisung haengt, muss man 
eigentlich nur hinreichend Ansteuerstrom bekommen. Das geht zB durch 
einen Emitterfolger. Und diesen Emitterfolger, welcher vielleicht 10V 
Hub bringen muss steuert man mit einer Stromquelle an. Zuoberst, fuer 
das Gate, die 10V, vielleicht einen 5k. dann unten die Stromquelle, die 
die Spannung bringt.

Ich hab aehnlich schon 300V in 10ns geschaltet, in eine 50 Ohm Last.
(Firma: مهندس) #6680482
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Also sind die MJE340/350 eher 'geschossen'? Vermutlich hast Du nach 
Transistoren mit Uceo = 300V gesucht. Bei einer Last von 120k/10p 
braucht Du aber nicht solche 20W-Boliden in TO-126. Die sind eher auf 
hohe Spannungen bei größerer Last getrimmt als auf geringe Kapazitäten 
bzw. Geschwindigkeit.

Schau lieber in Richtung BF420/421 o.ä. wie Elliot oben geschrieben hat.
#6680533
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Hi,
Es gibt bei den Verstärkerberechnungen zumindest ein rechnerisches 
Problem:
der Eingangswiderstand
Die Modellrechnung "Vierpol nach Giacoletto" hilft da vielleicht etwas 
weiter.
"...Ein solches, auch für höhere Frequenzen gültiges Ersatzschaltbild 
wurde von Giacoletto angegeben... Es gehört in das Gebiet der 
Hochfrequenztechnik..."
Quelle:
https://www.transkommunikation.ch/dateien/schaltungen/diverse_schaltungen/electronics_infos/Schaltungstechnik%20(Transistoren).pdf

Seite 15ff

ciao
gustav

P.S:
Um praktisch zu werden: in Y-Verstärkern von Oszilloskopen findet man 
zum Beispiel BCY70
nehme an, die Slewrate der Schaltungen bei Oszilloskopen ist 
entscheidend.

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