Guten Tag,
im Anhang ist das Bild der Schaltung vor der ich sitze und brüte.
Ich habe mir heute nochmal grundlegend JFETs angeschaut und mich dazu
informiert. Bei folgender Frage (zu dem Schaltbild) scheint sich bei mir
eine Verständnislücke aufzutun:
"Warum ist bei dieser Schaltung der Widerstand R_s unverzichtbar, um die
Funktionstüchtigkeit der Schaltung zu garantieren?"
Die einzige Begründung, die mir einfällt ist, dass der Widerstand den
Drainstrom begrenzen soll.
(Außerde; Wie ich das sehe sollte das eine Source-Schaltung sein, da die
Source das gemeinsame Bezugspotential zwischen Eingang und Ausgang
darstellt. Stimmt das so?)
Allgemein scheint mir mein Verständnis zu JFETs noch recht schwammig zu
sein.
Wie dient der JFET als Verstärker? Eine kleine Schwankung der
GS-Spannung bewirkt eine große Schwankung in der DS-Spannung? Liegt
darin die Verstärkung?
Freue mich auch über Literaturhinweise!
mit freundlichen Grüßen
Matthias
> "Warum ist bei dieser Schaltung der Widerstand R_s unverzichtbar, um die> Funktionstüchtigkeit der Schaltung zu garantieren?">> Die einzige Begründung, die mir einfällt ist, dass der Widerstand den> Drainstrom begrenzen soll.
Der Widerstand dient zum Einstellen eines bestimmten Drainstromes
Id<Idss, den kann man auch weglassen und erhält dann als
Arbeitspunktstrom Idss.
> (Außerde; Wie ich das sehe sollte das eine Source-Schaltung sein, da die> Source das gemeinsame Bezugspotential zwischen Eingang und Ausgang> darstellt. Stimmt das so?)
Ja.
> Wie dient der JFET als Verstärker? Eine kleine Schwankung der> GS-Spannung bewirkt eine große Schwankung in der DS-Spannung? Liegt> darin die Verstärkung?
Fast, es ist nicht so unmittelbar. Die Änderung von Ugs bewirkt mit der
Steilheit im AP eine Modulation des Drainstromes und das führt dann am
Drainwiderstand zur "Schwankung" der DS-Spannung.
> Freue mich auch über Literaturhinweise!
Tietze/Schenk - Halbleiter-Schaltungstechnik
Prof. Gossner, Grundlagen der Elektronik
@Matthias (Gast)
>"Warum ist bei dieser Schaltung der Widerstand R_s unverzichtbar, um die>Funktionstüchtigkeit der Schaltung zu garantieren?">Die einzige Begründung, die mir einfällt ist, dass der Widerstand den>Drainstrom begrenzen soll.
Nein. Er dient der Arbeitspunkteinstellung. Denn im Ruhezustand (=
Arbeitspunkt) wirkt der JFET wie eine Konstantstromquelle. Dabei
entsteht an Rs durch den Sourcestrom ein Spannungsabfall, welcher Source
"nach oben" schiebt, sagen wir auf 2V. Das Gate, in das praktisch kein
Strom fließt, liegt über Rg auf Masse, damit hat man -2V U-GS. Jen nach
Kennlinie des JFET ergibt sich damit der Arbeitspunkt. Würde mehr Strom
fließen würde auch mehr UGS entstehen, was aber den JFET abschnürt und
somit das Ansteigen des Sourcestroms verhindert.
>(Außerde; Wie ich das sehe sollte das eine Source-Schaltung sein, da die>Source das gemeinsame Bezugspotential zwischen Eingang und Ausgang>darstellt. Stimmt das so?)
Ja.
>Wie dient der JFET als Verstärker? Eine kleine Schwankung der>GS-Spannung bewirkt eine große Schwankung in der DS-Spannung? Liegt>darin die Verstärkung?
Ja.
>Freue mich auch über Literaturhinweise!
Der Klassiker Tietzt Schenk & Co.
Genau genommen nennt man diese Schaltung:
Sourceschaltung mit Stromgegenkopplung
Die reduziert die Steilheit S des Transistors zu
S' = 1/(1/S+Rs)
Beispiel: S=2mA/V, Rs=1kOhm
S' = 1/(1/0,002+1000)mA/V
S' = 0,667mA/V
ArnoR schrieb:> Der Widerstand dient zum Einstellen eines bestimmten Drainstromes> Id<Idss, den kann man auch weglassen und erhält dann als> Arbeitspunktstrom Idss.
N-JFETs betreibt man eigentlich ganz gern mit Ugs <= 0. Was hier bei
Rs=0 etwas schwierig wird. Weglassen ist also keine Option.
> N-JFETs betreibt man eigentlich ganz gern mit Ugs <= 0. Was hier bei> Rs=0 etwas schwierig wird. Weglassen ist also keine Option.
Einen n-JFet kann man ohne weiteres bei Rs=0 betreiben, man erhält dann
die maximale Steilheit (von leicht positiven Ugs mal abgesehen, aber
selbst die sind bis etwa 0,5V zulässig). Die Datenblattangaben Idss und
Steilheit bei Idss werden genau an der Stelle ermittelt. Und das man
einen JFet "ganz gern" mit Ugs<=0 betreibt ist erstens keine sinnvolle
funktionale Erklärung und schließt außerdem den Fall Rs=0 (nämlich genau
bei Ugs=0) ein. Du widersprichst dir also selbst.
ArnoR schrieb:> Du widersprichst dir also selbst.
Nicht wirklich, weil ich mich darauf bezog, dass Ugs nicht positiv
werden sollte. Und ich mir einigermassen sicher bin, dass das Zitat im
Ursprungsbeitrag (über die Funktionstüchtigkeit) exakt darauf abzielt.
Also ein Arbeitspunkt eingestellt werden sollte, der stets Ugs <= 0
sicherstellt. Und das ist ohne Rs aber mit Wechselspannung am Eingang
nicht möglich.
Dass man JFETs auch mit geringem positiven Ugs betreiben kann, wird real
zutreffen, aber entsprechende Daten gibt ein Datasheet üblicherweise
nicht her. Diesen Betriebsbereich sollte man den depletion mode MOSFETs
überlassen. Insbesondere wenn es - wie hier - um Schaltungsprinzipien
geht.
A. K. schrieb:> Nicht wirklich, weil ich mich darauf bezog, dass Ugs nicht positiv> werden sollte.
Wie kommst du darauf? Die Frage war:
Matthias schrieb:> "Warum ist bei dieser Schaltung der Widerstand R_s unverzichtbar, um die> Funktionstüchtigkeit der Schaltung zu garantieren?"
Die Schaltung ist auch ohne Rs funktionstüchtig. Man bekommt dann eben
Idss als Arbeitspunktstrom, fertig. Ugs wird auch da nicht positiv,
solange der Fet nicht übersteuert wird, aber das geht mit Rs genauso.
Der Sinn deiner Beiträge ist mir vollkommen unklar.
Wenn man einen Verstärker mit Jfets baut, dann hat man immer das
Problem, dass diese eine recht kleine Steilheit haben. Um da nicht zu
viel zu verlieren, möchte man mit dem Drainstrom nahe an Idss gehen.
Damit wird natürlich Ugs gegen 0V. Es ist klar, dass man da nur noch
wenige 100mVpp an am Eingang haben darf.
Überhaupt sind Jfets ziemlich aus der Mode gekommen, weil die Streuung
der Parameter ziemlich groß ist und damit die Verstärkung in jedem
Aufbau anders wird.
Beispiel mit BF245B
Idss 6mA bis 15mA
Vgs = -1,6V bis -3,8V bei 200uA
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BF245A-B-C.pdf
Um in dem Beispiel Id=200uA einzustellen, müsste man mittels Poti den
Sourcewiderstand von 8kOm bis 19kOhm einstellen können. Heutzutage
möchte man aber gar kein Poti mehr haben. Deshalb greift man dann lieber
gleich zum integrierten Jfet-Operationsverstärker.
ArnoR schrieb:> Der Sinn deiner Beiträge ist mir vollkommen unklar.
Danke, mir deine aber auch. Mit Rs=0 ist stets Us=0. Im Ruhezustand ist
Ug=0, also Ugs=0. Mit Wechselspannung am Eingang wird Ug immer mal
positiv, also gilt dann Ugs>0.
Wie sich dann nun exakt über die gesamte innere Struktur des JFETs
verteilt dürfte jenseits der hiesigen Betrachtung sein. Es werden hier
auch keine konkreten Pegel genannt, weshalb man in einer
Prinzipschaltung nicht implizit von kleinem Pegel ausgehen sollte.
Mh. Also aus dem, was ihr hier schreibt und was ich noch dazu in einem
Script finden konnte, glaube ich es verstanden zu haben, wozu man R_s
benötigt.
Im Script stand dazu folgendes:
"Die gleichstrommäßie Einstellung des Arbeitspunktes setzt vorraus, dass
nur negative Gate-Source-Spannungen angelegt werden, damit der
p-n-Übergang vom Gate zum Source immer in Sperrichtung betrieben wird.
Dazu muss entweder das Source-Potential gegenüber dem Gate-Potential
durch den Einsatz eines Widerstanden angehoben werden, oder mit
zusätzlichen negativen Spannungsquellen und einem Spannungsteiler die
richtige Gate-Source-Spannung einstestellt werden."
Da ich in der vorliegenden Schaltung (siehe ganz oben im Anhang), nur
eine positive Versorgungsspannung habe, soll also R_s dazu dienen, über
einen Spannungsteiler das Potential an der Source anzuheben und damit
die Gate-Source-Spannung negativ werden zu lassen.
Ist das korrekt?
Das Schöne an der Schaltung ist ja die 'Selbststabilisierung'. Wenn
durch äussere Einflüsse z.B. Ids steigt, steigt auch die Spannung an S
und sorgt dafür das Ugs negativer wird und damit den FET wieder
abschnürt.
Übrigens ist das die FET Variante der klassischen Röhreneingangsstufe.
Matthias Sch. schrieb:> Übrigens ist das die FET Variante der klassischen Röhreneingangsstufe.
Automatische Vorspannungserzeugung heisst das Zauberwort.
Zur Dimensionierung von RG habe ich außer dem "typisch 1MOhm" bis jetzt
nur einen Hinweis gefunden:
Bei maximalem Gateleckstrom sollen dort nicht mehr als 0,5V abfallen, um
den Arbeitspunkt nicht zu stark zu verschieben.
Lesestoff (F.3.1) von Prof Haggenmiller:
http://www.haggenmiller.name/resources/sc-fet-n.pdf
Arno
jfetschaltung.png
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