Diskretes Oszilloskop-Frontend

[Jonathan S. (joni-st)]

Guten Abend,


ich würde gern ein Oszilloskop-Frontend aus diskreten Transistoren 
aufbauen. Ich weiß, dass es dafür natürlich passende OpAmps gibt, aber 
der Reiz liegt nunmal darin, das alles "selbst zu machen".

Die größten Probleme bereitet der Verstärker des Frontends. Die 
Schaltung im Anhang funktioniert zwar bereits sehr gut bis ca. 5MHz 
(-1dB, in der Simulation), jedoch würde ich die Bandbreite gern noch 
vergrößern.

Mittels Kaskode (Q2/Q3) und Stromspiegel (Q4/Q5) konnte ich die 
Verstärkung des JFET-Differenzverstärkers bereits deutlich steigern und 
den Verstärker über eine Gegenkopplung (Q6) auf einem weiten 
Frequenzbereich linearisieren. Eine Stromsenke (Q7) lässt einen 
definierten Strom durch den Gegenkopplungs-Widerstand (R5) fließen und 
setzt damit den Arbeitspunkt des Verstärkers fest. R5 und R6 setzen die 
Gesamtverstärkung der Schaltung fest (g = R5 / R6).

Ich vermute, dass die Miller-Kapazität von Q2 und Q5 an dem Rolloff ab 
5MHz schuld sind, weiß jedoch momentan nicht, wie ich das kompensieren 
soll. Fällt jemandem von euch dazu etwas ein?

(Ich weiß, dass diese Schaltung in der Realität große Probleme mit 
parasitären Kapazitäten haben wird.)


Viele Grüße
Jonathan

[OldMan (Gast)]

Was mich wundert ist, dass Du mit einem abgekündigten J-FET hantierst.
Besser und einfacher zu handhaben wäre bspw. der BFQ67 von NXP oder ein
MMC.

[lrep (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> funktioniert zwar bereits sehr gut bis ca. 5MHz
> (-1dB, in der Simulation), jedoch würde ich die Bandbreite gern noch
> vergrößern.

Warum verwendest du dann NF-Transistoren?

[Peter X. (peter_x)]

Jonathan Strobl schrieb:
> aber
> der Reiz liegt nunmal darin, das alles "selbst zu machen".

Welche Vorbildung/Vorkenntnisse hast du?

Falls keine, es gibt genug Schematics von Frontends im Indernet.
Soll man dir hier die Erkenntnisse der Raderfindung vorkauen?

Entweder du weißt, wie man sowas entwickelt, dann würdest du nicht 
fragen.
Weißt du es nicht, kannst du dich an diversen Rädern im Internet 
orientieren und diese auf ihren Rundlauf via Simulation orientieren.

[Helmut S. (helmuts)]

> diversen Rädern im Internet orientieren

Vielleicht mal die Schaltpläne der älteren Hameg Oszilloskope anschauen.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Helmut S. schrieb:
> Vielleicht mal die Schaltpläne der älteren Hameg Oszilloskope anschauen.

Man muss dann allerdings sehr alte Pläne finden, selbst mein HM203-6 
aus den 80ern verwendet - natürlich - schon Opamps, hier den µA733. Aber 
man kann ja die Innenschaltung eines OpAmp nachbauen...

[ArnoR (Gast)]

der 2N3819 hat bei Idss eine Steilheit von etwa 5mA/V. Wenn du mit dem 
eine Verstärkung von 10 machen willst, muss der Lastwiderstand 2k sein. 
Der Stromspiegel oben verdoppelt zwar die Verstärkung, er gleicht aber 
damit nur die Halbierung durch den Diff wieder aus.

Für eine Bandbreite von 50MHz dürfte also die Lastkapazität am Kollektor 
Q2/Q5 nur ~1,6pF sein. Das geht mit den Transistoren nicht. Du brauchst 
eine größere Steilheit und geringere Schaltungsimpedanzen.

Außerdem, willst du wirklich einen niederohmigen invertieren Verstärker 
als Eingangsstufe nehmen? Selbst niederohmige Signalquellenwiderstände 
gehen so merklich in die Verstärkung ein.

[oldeurope O. (Gast)]

Also wenn Du gegen einen Operationsverstärker anstinken willst,
solltest Du einen komplementären Differenzverstärker verwenden.
Anbei mal ein Vorschlag für Deinen 10MHz Amp.

Ich verwende die sehr gerne und erfolgreich als Videoverstärker.

http://bs.cyty.com/menschen/e-etzold/archiv/TV/uvb/uvb_d.htm

http://bs.cyty.com/menschen/e-etzold/archiv/TV/uvb/img/UVB_Schaltung_axing.png

Noch ein paar Grundlagen dazu:

http://ppdriver.blogspot.de/2009/07/differenzverstaerker.html

LTS konnte ich damals nicht. Werde ich mal dazu tun.

LG
old.

[Harald W. (wilhelms)]

Matthias Sch. schrieb:

> Aber man kann ja die Innenschaltung eines OpAmp nachbauen...

Das funktioniert oft nicht, da man die ideale Paarung der Transistoren
innerhalb eines ICs mit diskreten  Bauelementen nicht hinbekommt.

[oldeurope O. (Gast)]

Old Europe schrieb:
> Anbei mal ein Vorschlag für Deinen 10MHz Amp.

Und noch ein Screenshot für die Leser, die kein LTS können.

LG
old.

[Helmut S. (helmuts)]

Matthias Sch. schrieb:
> Helmut S. schrieb:
>> Vielleicht mal die Schaltpläne der älteren Hameg Oszilloskope anschauen.
>
> Man muss dann allerdings sehr alte Pläne finden, selbst mein HM203-6
> aus den 80ern verwendet - natürlich - schon Opamps, hier den µA733. Aber
> man kann ja die Innenschaltung eines OpAmp nachbauen...

Danke für den Hinweis.
http://www.monosphere.de/download/HM203-6.pdf

Fet am Eingang als Sourcefolger und dann uA733 als variabler Verstärker.

Dagegen kann man jeden voll diskreten Aufbau natürlich bezüglich 
Temepraturstabiltät vergessen es sei denn man kauft monolytische 
Dualtransistoren  die aber viel teurer sind als dieser uA733.


Fet als >1 Verstärker macht wenig Sinn da deren Steilheit relativ klein 
ist und deshalb Vertärkungen >1 hochohmige Lastwiderstände erfordern. 
Damit wird das nichts mit hoher Bandbreite.

[Alexander S. (alesi)]

Helmut S. schrieb:
> Danke für den Hinweis.
> http://www.monosphere.de/download/HM203-6.pdf

Hallo,

zur Info: Die Hameg Manuals gibt es auch direkt von der
Hameg Internetseite (ältere noch mit Schaltplan, neuere ohne)
http://www.hameg.com  -> Service & Support -> Handbücher

Z.B. HM203-4 deutsch
http://www.hameg.com/manuals.0.html?&no_cache=1&L=1&tx_hmdownloads_pi1[mode]=download&tx_hmdownloads_pi1[uid]=1087

HM103 deutsch
http://www.hameg.com/manuals.0.html?&no_cache=1&L=1&tx_hmdownloads_pi1[mode]=download&tx_hmdownloads_pi1[uid]=1031

[F. F. (foldi)]

Es gibt einen NE555 als Bausatz. Das erinnert mich daran. Was so was 
soll, verstehe ich ehrlich gesagt nicht.
Am Ende wird doch jede diskrete Schaltung, die gleich gute Leistungen 
schafft, ähnlich eines OpAmps sein.

Mann muss ja auch nicht aus dem zehnten Stock springen, um zu wissen, 
dass man unten tot ist.
Übertragen auf all diese Fälle von diskretem Nachbau eines IC's heißt 
das, dass man sich max. das Blockschaltbild eines solchen IC's ansehen 
muss.

[Marian (phiarc)]

F. Fo schrieb:
> Am Ende wird doch jede diskrete Schaltung, die gleich gute Leistungen
> schafft, ähnlich eines OpAmps sein.

Nicht immer ist ein Op-Amp eine gute Lösung und daher sieht eine gute 
diskrete Schaltung auch nicht immer wie ein Op aus.

[F. F. (foldi)]

Habe ich auch nicht behauptet. Aber die meisten TO's wollen ja irgendwas 
diskret nachbauen und das ist in meinen Augen Unsinn. Weil sie am Ende 
feststellen, dass sie die Leistungen nur erreichen, wenn sie sich der 
Vorgabe immer mehr nähern. Die Leute, die diese IC's entwickelt haben, 
die haben das sicher zuvor schon tausenden Male "disketisiert".

[Lurchi (Gast)]

Die innere Schaltung eines OPs/ICs  lässt sich ggf. nicht so ohne 
weiteres diskret nachbauen. Zum einen fehlt die gute thermische 
Kopplung, parasitäre Kapazitäten sind einfach größer und einige Teile 
(z.B. Multi-emittertransistoren) sind diskret nicht erhältlich. 
Andersherum hat man diskret keine Probleme mit der Kopplung über das 
Substrat und kann Technologien mischen und kann daher auch Dinge machen, 
die im IC kaum gehen.

Das Prinzip ist ggf. ähnlich, aber im IC macht man halt etwas andere 
Kompromisse weil die Randbedingungen andere sind. Die Schaltung im µA733 
(alternativ NE592) wäre allerdings auch ggf. diskret möglich - wobei 
nicht klar ist, dass man auch so gut wird.

[Bernd (Gast)]

F. Fo schrieb:
> Aber die meisten TO's wollen ja irgendwas
> diskret nachbauen und das ist in meinen Augen Unsinn.

Es kommt darauf an, was das Ziel ist. Wenn es nur darum geht, einen 
Verstärker mit möglichst geringem Aufwand umzusetzen, ist es natürlich 
am einfachsten, Op-Amps zu benutzen. Wenn man aber etwas lernen 
möchte, dann hat ein diskreter Aufbau durchaus seine Berechtigung.
Anders gesagt: Einen Op-Amp benutzen kann praktisch jeder. Einen 
Op-Amp designen können nur wenige.
Aus dem Grund fand ich persönlich auch in AoE die Kapitel über 
Transistoren wesentlich interessanter, als das nachfolgende Kapitel über 
Op-Amps. In ersteren standen nämlich deutlich mehr Informationen, die 
ich noch nicht kannte. Andere werden sich hingegen vielleicht fragen, 
warum diskrete Transistorschaltungen überhaupt noch so ausführlich 
behandelt werden - schliesslich könnte man doch das meiste davon 
mittlerweile einfacher und besser mit Op-Amps erreichen.

[F. F. (foldi)]

Bernd schrieb:
> Es kommt darauf an, was das Ziel ist.

Alles richtig, deshalb schrieb ich ja den Vergleich mit dem Sprung aus 
dem zehnten Stock.
Es reicht doch zu lesen und wenn man die alle Transistorgrundschaltungen 
ausprobiert hat (habe ich im Anfang auch gemacht), dann noch einige 
typische Schaltungsarten (z.B. Stromspiegel), dann reicht es doch sich 
den Aufbau von dem IC anzusehen, um zu verstehen wie der intern 
arbeitet.

[F. F. (foldi)]

Aber ich wollte die Diskussion jetzt nicht völlig in eine andere 
Richtung zerren.
Soll er machen und viel Spaß dabei. Ich für meinen Teil bin froh, dass 
ich einen OpAmp nehmen kann, wenn ich ihn brauche.

[Peter R. (pnu)]

>Hinweise für höhere Grenzfrequenz:<

Je niedriger die Widerstandswerte bzw. je größer die Ströme in einer 
Transistor-Schaltung sind, desto höher wird die Grenzfrequenz bei 
gegebenen Kapazitäten.
Beim FETs und bipolaren Ts wird auch die Steilheit größer bei größerem 
Ruhestrom.

Deshalb haben Verstärkerstufen mit hoher Grenzfrequenz auch immer einen 
hohen Stromverbrauch.

Zusätzlich können auch Verstärkungsanhebungen im Bereich der 
Grenzfrequenz durch Ls oder Cs gemacht werden. Dabei entsteht aber auch 
die Gefahr des Überschwingens. Man muss also die Wirkung einer solchen 
Maßnahme real überprüfen, indem man das Verhalten anhand eines 
Rechtecksignals per Scope kontolliert.

>Thema: diskret aufbauen<

Warum sollt man einen Impuls/Breitbandverstärker nicht mal selbst 
aufbauen? Da bekommt man einen guten Einblick, was die vielen 
Kondensatoren in der Schaltung bewirken, besonders bei der Widergabe von 
Impulsflanken.

Bei OPamps ist man immer auf Dinge angewiesen, die vom Hersteller 
vorgegeben sind. In diskreter Technik hat man das Verhalten bei 
Übersteuerung, beim Einschaltvorgang oder bei Unterspannung 
(Batteriebetrieb) wesentlich besser im Griff.
Dinge wie latch-up, die bei ICs vorkommen, gibt es bei diskreten 
Schaltungen kaum.

[B e r n d W. (smiley46)]

Hallo Jonathan

Nimm mal ordentliche HF-Transistoren. Beim BC547 ist es kein Wunder, 
dass die Bandbreite nur bis 5 MHz geht. Ft ist zwar mit >100MHz 
angegeben, aber die Eingangskapazitäten sind enorm groß.

Probiers mal wenigstens mit den HF-Transistoren 2N3904 / 2N3906. Die 
sind preiswert zu bekommen und als Modell in LTspice enthalten. Noch 
geringere Kapazitäten hätten BF199 / BF324 oder BFR92 / BFT92.

Gruß,
Bernd

.model BF199 NPN(IS=4.031E-16 NF=0.9847 ISE=9.187E-17 NE=1.24 BF=122.5 IKF=0.065 VAF=135 NR=0.991 ISC=4.1E-13 NC=1.37 BR=5.036 IKR=0.04 VAR=8 RB=16 IRB=0.0004 RBM=8 RE=0.402 RC=5 XTB=0 EG=1.11 XTI=3 CJE=2.258E-12 VJE=0.444 MJE=0.136 TF=2.92E-10 XTF=8 VTF=8 ITF=0.14 PTF=20 CJC=9.333E-13 VJC=0.2488 MJC=0.1974 XCJC=0.86 TR=3.5E-08 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.333 FC=0.9001 Vceo=25 Icrating=100m mfg=CDIL)
.model BF324 PNP(IS=4.031E-16 NF=0.9847 ISE=9.187E-17 NE=1.24 BF=122.5 IKF=0.065 VAF=135 NR=0.991 ISC=4.1E-13 NC=1.37 BR=5.036 IKR=0.04 VAR=8 RB=16 IRB=0.0004 RBM=8 RE=0.402 RC=5 XTB=0 EG=1.11 XTI=3 CJE=2E-12 VJE=0.444 MJE=0.136 TF=2.92E-10 XTF=8 VTF=8 ITF=0.14 PTF=20 CJC=8E-13 VJC=0.2488 MJC=0.1974 XCJC=0.86 TR=3.5E-08 CJS=0 VJS=0.75 MJS=0.333 FC=0.9001 Vceo=30 Icrating=25m mfg=Philips)
.model BFR92  NPN(IS=2.26749E-016 BF=4.27829E+001 NF=9.98081E-001 VAF=3.09206E+001 IKF=2.80682E+000 ISE=1.25812E-011 NE=2.69052E+000 BR=1.50821E+001 NR=9.89755E-001 VAR=1.31800E+001 IKR=3.83070E-001 ISC=6.22829E-016 NC=1.08818E+000 RB=1.00000E+001 IRB=1.00000E-006 RBM=1.00000E+001 RE=3.00000E-001 RC=2.76000E+000 EG=1.11000E+000 XTI=3.00000E+000 CJE=8.93473E-013 VJE=6.00000E-001 MJE=2.81933E-001 TF=1.03700E-010 XTF=8.59092E+001 VTF=4.16619E-002 ITF=9.82771E-002 PTF=0 CJC=1.08829E-012 VJC=4.07523E-001 Vceo=15 Icrating=25m mfg=Philips)
.model BFT92  PNP(IS=4.37563E-016 BF=3.35815E+001 NF=1.00972E+000 VAF=2.33946E+001 KF=9.95381E-002 ISE=8.70539E-014 NE=1.94395E+000 BR=4.94721E+000 NR=1.00254E+000 VAR=3.90385E+000 IKR=5.28157E-003 ISC=3.58864E-014 NC=1.39333E+000 RB=5.00000E+000 IRB=1.00000E-006 RBM=5.00000E+000 RE=1.00000E+000 RC=1.00000E+001 EG=1.11000E+000 XTI=3.00000E+000 CJE=7.46659E-013 VJE=6.00000E-001 MJE=3.56829E-001 TF=1.74921E-011 XTF=1.35455E+000 VTF=1.55654E-001 ITF=1.00000E-003 PTF=4.50000E+001 CJC=9.37103E-013 VJC=3.96455E-001 MJC=1.99949E-001 Vceo=15 Icrating=25m mfg=Philips)
;

[Jonathan S. (joni-st)]

So... Hab noch ein bisschen rumgespielt.

Das normale LTP ist für HF-Schaltungen tatsächlich Müll. Der 
komplementäre Differenzverstärker funktioniert um Längen besser. Den 
hatte ich sogar schon in meinem Labornetzteil verwendet... Hatte wohl 
Tomaten auf den Augen, das Gute lag so nah. Danke schonmal!

An die ganzen "Nimm einen OPV" und "Hol dir erstmal Grundlagen"-Nörgler: 
Klar lässt sich das Ganze problemlos mit einem OPV realisieren, aber das 
macht nur wenig Spaß. Als "Grundlagen" hab ich AoE (3. Edition) gelesen, 
d.h. völlig ahnungslos bin ich schonmal nicht.

Die verwendeten Transistoren machen in meiner jetzigen Schaltung 
(komplementärer Differenzverstärker mit Gegenkopplung) 
erstaunlicherweise relativ wenig Unterschied, auch mit den BC547/BC557 
komme ich da jetzt auf +20dB bis 3MHz und +17,5dB bei 10MHz. Für höhere 
Frequenzen sind die 2N3904/2N3906 vermutlich aber doch besser geeignet.

Die Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen macht mir aber irgendwie 
Sorgen... Könnte schwingen, tut es in der Simulation aber nicht.

Vielleicht kann ich mit Kleinsignal-FETs im komplementären 
Differenzverstärker noch eine höhere Bandbreite erreichen, dann 
allerdings wohl mit hohem und stark streuendem Offset. Vermutlich muss 
ich dann AC-Kopplung benutzen.

Edit: Kleinsignal-FETs sind eine schlechte Idee.


Viele Grüße
Jonathan

[Harald W. (wilhelms)]

Jonathan Strobl schrieb:

> An die ganzen "Nimm einen OPV" und "Hol dir erstmal Grundlagen"-Nörgler:
> Klar lässt sich das Ganze problemlos mit einem OPV realisieren, aber das
> macht nur wenig Spaß.

OPV-Schaltungen mögen wenig Spass machen, sie haben aber Eigen-
schaften, die man mit diskreten Bauteilen nicht erreichen kann.
Die Zeiten, wo man OPVs nachbauen konnte, waren spätestens mit
dem 741 beendet. Damals konnte man noch diskrete OPVs kaufen.
Die sind dann aber sehr schnell vom Markt verschwunden.

> Die Phasenverschiebung bei hohen Frequenzen macht mir aber irgendwie
> Sorgen... Könnte schwingen, tut es in der Simulation aber nicht.

Ich weiss nicht, was an der Simulation Spass machen soll. Die Daten,
die man so erreicht, sind doch nie in die Praxis übertragbar.
Gruss
Harald

[Helmut S. (helmuts)]

Also das Thema hieß

Diskretes Oszilloskop-Frontend

Das bedeutet, dass am Eingang ein Fet sein muss. Also Leute bitte nur 
Schaltungen die am Eingang einen Fet haben.

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> Als "Grundlagen" hab ich AoE (3. Edition) gelesen

Möglich, aber man merkt nichts davon. Die jetzige Schaltung ist ja noch 
schlimmer als die oben. Allein die beiden Emitterfolger mit gleichem 
AP-Strom hintereinander, nur um den Temperatukoeffizienten des Komp-Diff 
zu kompensieren! Diese Schaltung wird nicht ohne Grund nur für 
Video-Anwendungen ohne Gleichspannungsverstärkung genommen.

Helmut S. schrieb:
> Also Leute bitte nur Schaltungen die am Eingang einen Fet haben.

Genau. Daher hab ich mal auf die Schnelle die Schaltung von ganz oben 
etwas umgebaut und optimiert. Die liefert nun 30MHz bei -1dB.

[ArnoR (Gast)]

ArnoR schrieb:
> nur um den Temperatukoeffizienten des Komp-Diff
> zu kompensieren

"und den Gleichspannungsoffset (2Ube)". Ist mir beim Textumbau abhanden 
gekommen.

[Jonathan S. (joni-st)]

ArnoR schrieb:
> Allein die beiden Emitterfolger mit gleichem
> AP-Strom hintereinander, nur um den Temperatukoeffizienten des Komp-Diff
> zu kompensieren!

Die Emitterfolger dienen nicht (primär) dazu, die Offsetspannung zu 
kompensieren. Q6 soll die Eingangsimpedanz der Schaltung vergrößern, da 
dahinter ein Tiefpass mit 220 Ohm hängt. Q7 soll eine möglichst niedrige 
Ausgangsimpedanz haben, damit der Differenzverstärker von beiden Seiten 
her mit der gleichen Impedanz getrieben wird. Außerdem verringert er die 
Last auf den Tiefpass, die Q2 durch seine Miller-Kapazität sonst 
darstellen würde.

Da ich die Offsetspannung ungefähr(!) kompensieren kann, wenn ich dafür 
PNP-Transistoren nehme, hab ich die natürlich genommen.


ArnoR schrieb:
> Genau. Daher hab ich mal auf die Schnelle die Schaltung von ganz oben
> etwas umgebaut und optimiert. Die liefert nun 30MHz bei -1dB.

Vielen Dank für die Schaltung, die Basisschaltung im LTP sieht 
vielversprechend aus!


Viele Grüße
Jonathan

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> Die Emitterfolger dienen nicht (primär) dazu, die Offsetspannung zu
> kompensieren. ...

Ach, da hatte ich dich also überschätzt. Du meinst also du kannst einen 
DC-Verstärker bauen, der zwischen Ein- und Ausgang einen Offset und TK 
von einer Basis-Emitter-Strecke hat? Na dann.

Einen Tiefpass kannst du ganz einfach auch an anderer Stelle der 
Schaltung einbauen, ein zusätzlicher Emitterfolger ist nicht nötig. 
Beispielsweise genügt ein Kondensator an der Basis von T5.

Jonathan Strobl schrieb:
> die Basisschaltung im LTP

Hää? Was ist LTP?

[Marian (phiarc)]

ArnoR schrieb:
> Hää? Was ist LTP?

long-tailed pair aka der klassische Differenzverstärker

[oldeurope O. (Gast)]

Marian B. schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Hää? Was ist LTP?
>
> long-tailed pair aka der klassische Differenzverstärker

Ob es ein Differenz- oder Gegentaktverstärker ist, hängt
vom Innenwiderstand der Stromquelle ab.
Also ein LTP ist dann ein Differenzverstärker, wenn der
Long-Tail-Widerstand sehr hochohmig (in Relation zu den
Arbeitswiderständen) ist.
Sonnst liegt das LTP in seinen Eigenschaften zwischen
Gegentakt- und Differenzverstärker.

ArnoR schrieb:
> Ach, da hatte ich dich also überschätzt.

Frech wie immer. Aber Du hast eine Lösung gefunden, die
auch Helmut schmecken dürfte.

ArnoR schrieb:
> Diese Schaltung wird nicht ohne Grund nur für
> Video-Anwendungen ohne Gleichspannungsverstärkung genommen.

Wenn Du wüsstest ...

Jonathan Strobl schrieb:
> Der
> komplementäre Differenzverstärker funktioniert um Längen besser.

Lies mal was im Blog dazu bezüglich Eingangs- und Ausgangssignal steht.

Peter R. schrieb:
>>Hinweise für höhere Grenzfrequenz:<
>
> Je niedriger die Widerstandswerte bzw. je größer die Ströme in einer
> Transistor-Schaltung sind, desto höher wird die Grenzfrequenz bei
> gegebenen Kapazitäten.
> Beim FETs und bipolaren Ts wird auch die Steilheit größer bei größerem
> Ruhestrom.

Genau so ist das. Sehr guter Beitrag. Hier sind 10MHz gefordert.

LG
old.

[oldeurope O. (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Also das Thema hieß
>
> Diskretes Oszilloskop-Frontend
>
> Das bedeutet, dass am Eingang ein Fet sein muss. Also Leute bitte nur
> Schaltungen die am Eingang einen Fet haben.

Kein Problem. Natürlich lässt sich ein komplementärer
Differenzverstärker auch mit FET und BJT aufbauen.
Der FET hat aber mehr Eingangskapazität als der BC557C.
Da gibt es bestimmt besser geeignete als den, welchen ich
mir aus der lib gegriffen habe.

LG
old.

[ArnoR (Gast)]

Old Europe schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Diese Schaltung wird nicht ohne Grund nur für
>> Video-Anwendungen ohne Gleichspannungsverstärkung genommen.
>
> Wenn Du wüsstest ...

Du meinst doch nicht etwa deine letzte Schaltung? Die driftet mit 
~50mV/K. Sowas schlägst du für eine Oszi-Eingangsstufe vor?

Wenn man in meiner Schaltung den 305R durch 180R+Diode ersetzt, ist die 
DC-Drift ~0,4mV/K. Die -1dB-Bandbreite sinkt dabei auf ~22MHz.

[Helmut S. (helmuts)]

In einer Oszi-Eingangsstufe sind zwecks Temperaturkompensation immer 
zwei thermisch gekoppelte Fets notwendig oder man kompensiert die Drift 
durch einen parallel arbeitenden Opamp für Gleichspannung und niedrige 
Frequenzen. Letztere Möglichkeit entfällt hier, da ein Design mit 
diskreten Transistoren gewünscht wurde.

[Jochen F. (jamesy)]

Eine typische Eingangsstufe eines heutigen Oszilloskops, das noch eine 
vernünftige Analogschaltung vor den A/D-Wandler hat, ist in zwei Zweigen 
aufgebaut.
Der erste ist ein einfacher Verstärker mit genau festgelegten 
Verstärkungsfaktoren. Pro Transistor nicht mehr als 3 bis 5, so kann 
eine recht hohe Bandbreite erzielt werden. In der Regel ist der 5 
mV/Div-Zweig derjenige, der ohne Abschwächer und extra Verstärker das 
Signal am direktesten entgegennimmt.
Der zweite Zweig ist ein OP, der ab DC funktioniert und in einer Stufe 
mit dem hochfrequenten Signal gekoppelt wird. Ein Poti stellt die 
Gleichheit der Verstärkungsfaktoren sicher. Da der "Takeover" bei etwa 1 
kHz passiert, ist natürlich auch ein diskreter Aufbau denkbar, 
allerdings gehe ich hier von Doppeltransistoren in einem Gehäuse aus, 
und so weiter.
Nach diesen Regeln habe ich vor ein paar Jahren ein Eingangsteil privat 
entwickelt, das für 100 MHz geeignet ist. Layout habe ich bisher noch 
nicht begonnen, mangels Bedarf.
Fragen beantworte ich gerne!

[Peter R. (pnu)]

ArnoR schrieb:
> Einen Tiefpass kannst du ganz einfach auch an anderer Stelle der
> Schaltung einbauen, ein zusätzlicher Emitterfolger ist nicht nötig

Das "Zuckerle" am Ausgangs-Emitterfolger ist das, dass er kapazitive 
Last treiben kann und die Auswirkung der folgenden Lastkapazität auf die 
Grenzfrequenz wesentlich veringert.

[Jochen F. (jamesy)]

Ein Emitterfolger "spitzt" aber nur in einer Richtung an. Das muß 
anderweitig kompensiert werden.

[oldeurope O. (Gast)]

ArnoR schrieb:
> Du meinst doch nicht etwa deine letzte Schaltung? Die driftet mit
> ~50mV/K. Sowas schlägst du für eine Oszi-Eingangsstufe vor?

Wenn das stört, kompensiert man die Drift z.B. über V2.

Jochen Fe. schrieb:
> gehe ich hier von Doppeltransistoren in einem Gehäuse aus,
> und so weiter.

Oder zumindest den Kompensationstransistor thermisch gekoppelt.
Spricht nichts gegen.

LG
old.

[Jonathan S. (joni-st)]

Jetzt nochmal zu einem AC-gekoppelten Verstärker...:

Der Verstärker im Anhang schafft mit 2x 2N3904 +20dB bei 100kHz bis 
100MHz mit fast komplett glattem Frequenzgang... Zumindest laut LTSpice.

Lügt die Simulation? Dass dieser Verstärker auch real so funktionieren 
kann, glaube ich kaum.


Edit: Die Eingangsimpedanz ist wohl recht niedrig, nur 300 Ohm. 
Vielleicht kann man das mit einem FET noch verbessern...

Und die Ausgangsimpedanz ist auch doof.

Kann man deshalb wohl vergessen.


Viele Grüße
Jonathan

[Jonathan S. (joni-st)]

Nachtrag zum vorherigen Post:

Bei einem Gain Bandwith Product von 300MHz hätte mir eigentlich klar 
sein müssen, dass der Emitterfolger am Eingang bei 100MHz nur noch ein 
Gain von 3 hat. Zusammen mit den 100 Ohm gibt das dann eben 300 Ohm 
Eingangsimpedanz.

Naja, jetzt weiß ich es.

[Helmut S. (helmuts)]

> Lügt die Simulation? Dass dieser Verstärker auch real so funktionieren
kann, glaube ich kaum.

Seit wann hat ein Generator 0Ohm Ausgangswiderstand. Gib dem 50Ohm in 
Serie.

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> Der Verstärker im Anhang schafft mit 2x 2N3904 +20dB bei 100kHz bis
> 100MHz mit fast komplett glattem Frequenzgang... Zumindest laut LTSpice.
>
> Lügt die Simulation?

Nein, die Simulation lügt nicht, aber die Schaltung ist natürlich 
unrealistisch und getrickst. Wie schon gesagt ist der 
Generatorwiderstand zu klein. Außerdem wird mit C1 der Frequenzgang bei 
hohen Frequenzen angehoben und am hochohmigen Ausgang (~1K) gibt es 
keine Lastkapazität.

[Mark S. (voltwide)]

ArnoR schrieb:
> Nein, die Simulation lügt nicht, aber die Schaltung ist natürlich
> unrealistisch und getrickst.

jepp - ich denke genau das ist das Problem in 99% der Fälle, wo "spice 
lügt"

[Jonathan S. (joni-st)]

So... Ich hab die angehängte Schaltung jetzt mal aufgebaut und gemessen.

Als Signalquelle diente ein 1MHz-Quarzoszillator mit nachfolgendem 
Spannungsteiler (680 Ohm / 20 Ohm). Gemessen wurde je am Eingang 
(amp1.png) und am Ausgang (amp2.png) des Verstärkers.

Die Schaltung scheint für den angepeilten Frequenzbereich brauchbar zu 
sein.


Vielen Dank
Jonathan

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> So... Ich hab die angehängte Schaltung jetzt mal aufgebaut und gemessen.

Warum hast du oben 3 Dioden und unten nur 2 für die Stromquellen 
genommen? Mit gleicher Anzahl (2 natürlich, oder besser je eine rote 
LED) gleichen sich die Temperaturdriften besser aus und mit der etwas 
größeren Spannung an den Transistoren sinken deren Kapazitäten etwas ab.

Und schön, dass du meinen Trick zur Erhöhung der Bandbreite nicht 
durchschaut hast ;-)

Falls du einen vernünftigen einfachen Rail-Splitter anstelle deiner 
Krückenkonstruktion einbauen willst:

Beitrag "Re: 3 Kanal Kopfhörerverstärker mit OPA2134 verzerrt"

[Jonathan S. (joni-st)]

ArnoR schrieb:
> Warum hast du oben 3 Dioden und unten nur 2 für die Stromquellen
> genommen? Mit gleicher Anzahl (2 natürlich, oder besser je eine rote
> LED) gleichen sich die Temperaturdriften besser aus und mit der etwas
> größeren Spannung an den Transistoren sinken deren Kapazitäten etwas ab.

Dafür müsste ich dann allerdings R3 und R4 verkleinern. Hätte ich machen 
können, ja.


ArnoR schrieb:
> Und schön, dass du meinen Trick zur Erhöhung der Bandbreite nicht
> durchschaut hast ;-)

Was mir momentan einfallen würde:
- Ein Transistor statt drei im Stromspiegel.
- Höhere Kollektorspannungen.
- Grundsätzlich einfach schnellere Transistoren.


ArnoR schrieb:
> Falls du einen vernünftigen einfachen Rail-Splitter anstelle deiner
> Krückenkonstruktion einbauen willst:

Der reicht schon aus... Ist ja momentan nur AC-gekoppelt.

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> Was mir momentan einfallen würde:
...

Nichts davon habe ich gemeint.

Jonathan Strobl schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Falls du einen vernünftigen einfachen Rail-Splitter anstelle deiner
>> Krückenkonstruktion einbauen willst:
>
> Der reicht schon aus...

Ja, Menschen handeln nur dann vernünftig, wenn es keine anderen 
Möglichkeiten mehr gibt.

[oldeurope O. (Gast)]

Also die neue von Joni macht schon was her.
Hast mich beeindruckt.

Die Gegenkopplung bei 10-facher Verstärkung erfordert
doch keine genaue Temperaturkompensation. Eigentlich
ist ja schon überkompensiert. Das mit den Dioden würde
ich nicht überbewerten; AC-Kopplung ist ja offenbar erlaubt.

Stilistisch passt der Rail-Splitter (Ub/2 Gererator)
nicht dazu. Viel zu einfach ...

Ich bin auch etwas gefrustet, weil es nicht der
komplementäre Diffamp geworden ist. Stromquellen
und Rail-Splitter braucht der gar nicht.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/258829/10MHz_amp_komplementaerer_differenzverstaerker_003_asc.PNG

LG
old.

[ArnoR (Gast)]

Old Europe schrieb:
> Also die neue von Joni macht schon was her.
> Hast mich beeindruckt.

Hää? Der hat doch nur meinen Vorschlag kopiert:

Beitrag "Re: Diskretes Oszilloskop-Frontend"

> Die Gegenkopplung bei 10-facher Verstärkung erfordert
> doch keine genaue Temperaturkompensation.

Doch, die macht einen Offset und die Leerlaufverstärkung ist <50dB.

> Das mit den Dioden würde ich nicht überbewerten

Man spart etwas und die Eigenschaften werden etwas besser. Was ist daran 
überbewertet?

> Ich bin auch etwas gefrustet, weil es nicht der
> komplementäre Diffamp geworden ist.

Ach so, na dann...

[Jonathan S. (joni-st)]

Old Europe schrieb:
> Stilistisch passt der Rail-Splitter (Ub/2 Gererator)
> nicht dazu. Viel zu einfach ...

Ja, gut - stilistisch vielleicht nicht, aber funktionieren tut er.


ArnoR schrieb:
> Nichts davon habe ich gemeint.

Dann komm ich nicht drauf. Die einzigen verbleibenden Unterschiede sind 
die Last des Ausgangs-Emitterfolgers (sollte keinen Unterschied machen) 
und der Kompensations-Kondensator. Letzterer hebt allerdings das Gain 
bei höheren Frequenzen an, weshalb der auch nicht das sein kann, was du 
meinst.


Old Europe schrieb:
> Ich bin auch etwas gefrustet, weil es nicht der
> komplementäre Diffamp geworden ist. Stromquellen
> und Rail-Splitter braucht der gar nicht.

Den hab ich schon in meinem Labornetzteil erfolgreich eingesetzt. ;)
Hat bei hohen Frequenzen aber eine unangenehm niedrige 
Eingangs-Impedanz... Genau so wie mein missglückter Verstärker weiter 
oben.

[oldeurope O. (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> Hat bei hohen Frequenzen aber eine unangenehm niedrige
> Eingangs-Impedanz...

Old Europe schrieb:
> Der FET hat aber mehr Eingangskapazität als der BC557C.

Die kann man doch glatt neutralisieren!

LG
old.

[ArnoR (Gast)]

Jonathan Strobl schrieb:
> aber funktionieren tut er.

Na wie du meinst. In einer Stromrichtung ist der Innenwiderstand 1k und 
in der anderen etwa 100-mal kleiner. Meine Schaltung ist symmetrisch.

Jonathan Strobl schrieb:
> Dann komm ich nicht drauf.

Macht nichts.

[oldeurope O. (Gast)]

Old Europe schrieb:
> Die kann man doch glatt neutralisieren!

Ca. 6pF Eingangskapazität.

LG
old.

[Jonathan S. (joni-st)]

Sooo... Hier ist doch noch nicht tot, ich hatte noch eine Idee. ;)

Der Amp im Anhang besitzt laut Spice ca. 100kOhm Eingansimpedanz bei 
10MHz. Der -1dB-Punkt ist bei knapp 60MHz.

Jetzt die alles entscheidende Frage: Ist dieser Amp brauchbar, oder habe 
ich wieder irgendein Detail übersehen?

Edit: Die Verlustleistung in Q4 ist vielleicht ein bisschen hoch, aber 
noch im Rahmen. Man könnte für Q4 zwei Transistoren einsetzen und R4/D1 
dann jeweils an den Emitter eines der Transistoren hängen.


Viele Grüße
Jonathan