Hallo,
ich würde gerne die Spannungsverstärkung des Transistorverstärkers, der
in einen Transimpedanzverstärker eingebunden ist (bild1), ermitteln (die
Schaltung selbst ist abgekupfert aus
http://cds.linear.com/docs/en/design-note/dn308f.pdf).
Direkt in der Beschaltung des Transimpedanzverstärkers kann ich die
Verstärkung aufgrund der sich ergebenen virtuellen Masse am Gate des
JFET nicht bestimmen. Deshalb bin ich wie folgt vorgegangen:
Zuersteinmal habe ich die Kennlinien des verwendeten BF862 in LTspice
aufgenommen (bild2), aus denen sich im Arbeitspunkt für VDS = 1 V und
VGS = -420 mV eine Transkonduktanz von gm = 2.4 mS und ein
Ausgangswiderstand von rd = 1 kOhm ergeben. Diese Werte decken sich auch
mit dem Datenblatt.
Dann habe ich den Transistorverstärker separat aufgebaut (bild3) und den
Arbeitspunkt identisch eingestellt. Seltsamerweise ergibt sich daraus
eine "Verstärkung" von nur etwa -12 dB.
Lege ich jedoch das Ersatzschaltbild mit einer spannungsgesteuerten
Stromquelle mit der Transkonduktanz von gm = 2.4 mS und dem
Ausgangswiderstand rd = 1 kOhm zugrunde (bild4) ergibt sich eine
Spannungsverstärkung von etwa 6 dB (bild4), was schon sinnvoller
erscheint.
Hat jemand eine Idee, warum der separat aufgebaute Verstärker nicht
verstärkt bzw. wo mein Fehler ist?
Ich danke euch für eure Hilfe und Ideen!
Klaus
Klaus schrieb:> Hat jemand eine Idee, warum der separat aufgebaute Verstärker nicht> verstärkt bzw. wo mein Fehler ist?
Die zusätzliche Spanungsquelle am Gate macht dir deinen
Eingangswiderstand für Wechselspannungen sehr klein.
Zu "Biasen" genügt ein hochohmiger Widerstand am Gate nach Masse.
ArnoR schrieb:> Die Spannungsquelle VGS macht einen Kurzschluss zwischen Gate und> Source.
Ah, stimmt...
Habe da nun eine große Induktivität reingesetzt, dass die
Eingangsspannung am Gate bleibt und nicht gegen Masse kurzgeschlossen
wird. Dann verstärkt der Verstärker auch. Allerdings ist die Verstärkung
nun wesentlich größer, als die des Ersatzschaltbildes. Ich würde beides
gerne miteinander in Einklang bringen...
Klaus schrieb:> Habe da nun eine große Induktivität reingesetzt, dass die> Eingangsspannung am Gate bleibt und nicht gegen Masse kurzgeschlossen> wird.
... und wie willst du in der Praxis dieses Gate-Biasing umsetzen?
Das ist Krampf, von hinten durch die Brust ins Auge.
Schaltplanleser schrieb:> Klaus schrieb:>> Habe da nun eine große Induktivität reingesetzt, dass die>> Eingangsspannung am Gate bleibt und nicht gegen Masse kurzgeschlossen>> wird.>> ... und wie willst du in der Praxis dieses Gate-Biasing umsetzen?> Das ist Krampf, von hinten durch die Brust ins Auge.
In der Praxis will ich die Schaltung gar nicht in dieser Form aufbauen.
Aufgebaut habe ich die Schaltung nach bild1. Die funktioniert auch, aber
ich möchte noch einige Berechnungen an der Schaltung anstellen, wofür
ich separat die Verstärkungen der beiden Verstärker benötige. Die
open-loop-Verstärkung kann ich aus dem Datenblatt des OP27 nehmen. Mir
fehlt nur die Verstärkung der Sourceschaltung... da habe ich gedacht,
das einfachste wäre es, wenn ich das in LTspice ermittele. Nur leider
unterscheiden sich eben die Ergebnisse zwischen Ersatzschaltbild und dem
"richtigen" Verstärker. Dass der Arbeitspunkt in der Praxis anders
eingestellt wird ist klar, ich wollte nur in der Simulation gleiche
Verhältnisse wie in dem Transimpedanzverstärker herstellen.
Klaus schrieb:> Mir fehlt nur die Verstärkung der Sourceschaltung...
Dann baue doch den FET-Verstärker nach Bild 1 auf, inklusive
entsprechendem Biasing.
Ich frage mich immer noch wozu die extra Spannungsquelle am
Gate gut sein soll.
Schaltplanleser schrieb:> Zu "Biasen" genügt ein hochohmiger Widerstand am Gate nach Masse.
Klaus schrieb:> ich wollte nur in der Simulation gleiche> Verhältnisse wie in dem Transimpedanzverstärker herstellen.
Das hast du aber nicht getan. Die Drossel mit der Spannungsquelle
zwischen Gate und Source entspricht nicht dem Aufbau in bild1. Nimm die
Schaltung von bild3 und lege das Gate über einen 1M-Widerstand an eine
566,9mV-Quelle.
ArnoR schrieb:> Das hast du aber nicht getan. Die Drossel mit der Spannungsquelle> zwischen Gate und Source entspricht nicht dem Aufbau in bild1. Nimm die> Schaltung von bild3 und lege das Gate über einen 1M-Widerstand an eine> 566,9mV-Quelle.
Danke, das habe ich gemacht. Dennoch bleibt ein sehr großer Unterscheid
zwischen "echter" Schaltung und Ersatzschaltbild, das eben auch immer
bei Rechnungen zugrunde gelegt wird :(
Klaus schrieb:> Dennoch bleibt ein sehr großer Unterscheid> zwischen "echter" Schaltung und Ersatzschaltbild
Muss ja auch, wenn das Ersatzschaltbild nicht stimmt. Die Signalquelle
liegt nicht zwischen Gate und Source, sondern zwischen Gate und Masse,
so dass in die resultierende Steilheit die Sourcebeschaltung eingeht
(siehe auch den Frequenzgang). In der Ersatzschaltung arbeitet der Fet
aber immer mit der Steilheit von 2,4mS.
ArnoR schrieb:> In der Ersatzschaltung arbeitet der Fet> aber immer mit der Steilheit von 2,4mS.
Das ist ein sehr guter Hinweis, vielen Dank!
Das heißt ich muss in mein Ersatzschaltbild eine frequenzabhängige
Steilheit einbauen, richtig? Kennst du aus dem Stehgreif ein Buch/eine
Webseite etc. wo das erklärt ist?
ArnoR schrieb:> Und im Ausgangskennlinienfeld des BF862 lese ich im AP 2V, 1mA einen> Ausgangswiderstand von eher 10k als 1k ab.
Das Modell passt zwar nicht hundertprozentig zu den Angaben im
Datenblatt, aber wie kommst du auf 10k?
Klaus schrieb:> aber wie kommst du auf 10k?
Im linken Diagramm sieht man es doch. 1k würde bedeuten, dass sich der
Strom um 1mA erhöhen müsste, wenn man Uds von 2V auf 3V vergrößert. Id
ändert sich aber nur von 1,5mA auf 1,6mA. Der Ausgangswiderstand ist
auch nicht Uds/Ids, sondern, dUds/dId, also nur der Quotient der
Änderungen, nicht der Absolutwerte.
