JFET-PNP Wideband-Folger

Burkhard Gast #6207826
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In der AN-32 von TI findet sich auf Seite 9 ein Schaltungsvorschlag für 
einen "High Impedance Low Capacitance Wideband Buffer" 
(http://www.ti.com/lit/pdf/snoa620 TL/H/6791–23).

Welche Funktion hat R2 am PNP-Emitter? Strombegrenzung bei Überlast? 
Negative Rückkopplung (Emitter-Degenerierung)? Oder beides?

In der Simulation mit LTspice (12V Vdd, 2N5139 --> BC558B) sehe ich - 
abgesehen von einer Verringerung der Ausgangsamplitude - keinen 
wesentlichen Unterschied, wenn ich den Widerstand verringere. Auch 
Rauschverhalten und Verzerrung ändern sich in der Simulation kaum (wobei 
der relativ hohe Wert der 3. Harmonischen ein Simulationsartefakt sein 
könnte). Was übersehe ich?

Bonusfrage: Wieso rauscht die Schaltung bei niedrigen Frequenzen so 
heftig?
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Lurchi Gast #6207919
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Das rauschen bei niedriger Frequenz dürft vom JFET kommen. Je nach Type 
/ Model ist das Rauschen im LF Bereich halt hoch.

Der Widerstand R2 entfällt in vielen Umsetzungen. Er kann etwas beim DC 
Arbeitspunkt helfen und hat ggf. einen Kondensator parallel.
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Burkhard Gast #6207947
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ArnoR schrieb:
> Wieviel ist heftig?

Siehe Simulation - 10k Quellwiderstand ergibt beim idealen Folger ca. 
12,9 nV/sqrt(Hz) (blaue Kurve). Dagegen stammt praktisch der ganze 
Rauschbeitrag in dieser Simulation vom JFET.

Wenn ich die Schaltung dagegen mit einem 2SK170 oder BF682 simuliere, 
liegt das Ausgangsrauschen nur sehr wenig über dem Anteil des 
Quellwiderstands.
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Helmut S. #6207997
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Burkhard schrieb:
> ArnoR schrieb:
>> Wieviel ist heftig?
>
> Siehe Simulation - 10k Quellwiderstand ergibt beim idealen Folger ca.
> 12,9 nV/sqrt(Hz) (blaue Kurve). Dagegen stammt praktisch der ganze
> Rauschbeitrag in dieser Simulation vom JFET.
>
> Wenn ich die Schaltung dagegen mit einem 2SK170 oder BF682 simuliere,
> liegt das Ausgangsrauschen nur sehr wenig über dem Anteil des
> Quellwiderstands.

Ich glaube mich zu erinnern, dass die Noise-Parameter vom 2N4416 falsch 
waren. Ich muss mal schauen ob ich die dazugehörige Diskussion noch 
finde.
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Helmut S. #6208110
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Helmut S. schrieb:
> Burkhard schrieb:
>> ArnoR schrieb:
>>> Wieviel ist heftig?
>>
>> Siehe Simulation - 10k Quellwiderstand ergibt beim idealen Folger ca.
>> 12,9 nV/sqrt(Hz) (blaue Kurve). Dagegen stammt praktisch der ganze
>> Rauschbeitrag in dieser Simulation vom JFET.
>>
>> Wenn ich die Schaltung dagegen mit einem 2SK170 oder BF682 simuliere,
>> liegt das Ausgangsrauschen nur sehr wenig über dem Anteil des
>> Quellwiderstands.
>
> Ich glaube mich zu erinnern, dass die Noise-Parameter vom 2N4416 falsch
> waren. Ich muss mal schauen ob ich die dazugehörige Diskussion noch
> finde.

Der Wert von  Kf=74450f in LTspice ist falsch. Der richtige Wert von Kf 
für das Modell des 2N4416 ist Kf=7.445E-18

https://ez.analog.com/design-tools-and-calculators/f/q-a/119699/ltspice-jfet-with-wrong-coefficient
---
Hello ...,

You are right. The kf=74450f is wrong by a factor of 10 million. See 
also the SPICE-model from the link below.

http://www.linearsystems.com/lsdata/spicemodel/Copy_2N4416%20NJF.txt

Could you please send a bug report to the email address given in the 
"Help->About LTspiceXVII" of the LTspiceXVII program.

LTspice@analog.com

Helmut
---

Nachfolgend das Modell von Linear Systems mit dem korrekten Wert.

Diesen Text als eine Zeile (SPICE-Directive) in den Schaltplan einfügen.

.model 2N4416 NJF(Beta=989.4u Betatce=-.5 Rd=1 Rs=1 Lambda=5.5m 
Vto=-3.07 Vtotc=-2.5m Is=33.57f Isr=322.4f N=1 Nr=2 Xti=3 Alpha=311.7u 
Vk=243.6 Cgd=1.6p M=.3622 Pb=1 Fc=.5 Cgs=2.414p Kf=7.445E-18 Af=1 
Mfg=Linear_Systems)


Alternativ mit Fortsetzungszeilen siehe unten.

.model 2N4416 NJF(Beta=989.4u Betatce=-.5 Rd=1 Rs=1 Lambda=5.5m 
Vto=-3.07
+ Vtotc=-2.5m Is=33.57f Isr=322.4f N=1 Nr=2 Xti=3 Alpha=311.7u Vk=243.6
+ Cgd=1.6p M=.3622 Pb=1 Fc=.5 Cgs=2.414p Kf=7.445E-18 Af=1
+ Mfg=Linear_Systems)
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Burkhard Gast #6208282
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Helmut S. schrieb:
> The kf=74450f is wrong by a factor of 10 million.

Das erklärt einiges. Werd es mir morgen mit dem neuen Modell anschauen. 
Praktisch werde ich den 2N4416 wohl nicht einsetzen.

Lurchi schrieb:
> Der Widerstand R2 entfällt in vielen Umsetzungen. Er kann etwas beim DC
> Arbeitspunkt helfen und hat ggf. einen Kondensator parallel.

Inzwischen habe ich eine vergleichbare Schaltung mit einem 2SK2394-6 
(Ersatz für einen BF862, Up ~ 0.7V, Idss 10 bis 20 mA; angehängt: 
Id-Kurven für zwei gemessene Exemplare) und einem BC860B auf dem 
Steckbrett aufgebaut (Vdd = 3.3V, Rload = 3.3k) und verschiedene Werte 
für R2 durchprobiert:

* Kondensator 4.7uF parallel zu R2=100 Ohm: Strecke zwischen R1, Drain 
J1 und Basis Q1 oszilliert mit ca. 35MHz
* Überbrücken von R2 (R2 = 0 Ohm): keine parasitären Oszillationen. Eine 
Abschwächung des Ausgangssignals erfolgt erst weit oberhalb von 1 Mhz

Fazit: wie von Lurchi geschrieben, kann R2 auch einfach entfallen. Die 
Schaltung ist nicht uninteressant: Der Eingang kann ohne 
Koppelkondensator angeschlossen werden, minimales Verstärkerrauschen, 
hohe Bandbreite.
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Lurchi Gast #6208439
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Die Schaltung ist etwas empfindlich auf kapazitive Last. Gerade bei der 
schnellen Ausführung stören schon wenige pF.
Für mehr Belastbarkeit kann man noch einen NPN Emitterfolger in der 
Schleife haben.
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Udo K. Gast #6208459
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Die Schaltung ist Murks aus dem letzten Jahrtausend, als es
noch nichts bessres gab, und Elektronik so teuer war,
das man jeden einzelnen Verstärker mit 10 Stellschrauben einstellen
konnte (musste).

Zeit für einen Reality Check:

- Schnelle JFets gibts praktisch nicht mehr zu kaufen (2n4416 ist auch 
schon RIP)  Ich schätze mal, dass es in 5 Jahren nur mehr ein Handvoll
 Wald und Wiesen JFets gibt.

- Offset und Temperaturstabilität ist bescheiden

- Reproduzierbarkeit ist ein Horror

- Es gibt inzwischen gute JFets Opamps, die besser und billiger sind.

- Sogar der eine oder andere Cmos Opamp macht JFET Konkurrenz,
  auch beim Rauschen, und hat glaube ich kein Popcorn Noise.

- Wenn man wirklich superrauscharm und superhochohmig sein muss,
  nimmt man besser was anderes...
  der 2n4416 ist da völlig von Cmos abgeschlagen.

- Die Spice Modell sind gerade bei Jfet ein Trauerspiel - da kannst
  du die Schaltung auch auf Papier hinkritzeln.

- Wenn du die Schaltung besser machen möchtest, dann nimmst du
  einen möglichst identischen Jfet als Drain-Stromquelle.
  Das ganze dann beim richtigen Drainstrom betreiben - damit die
  Temperaturabhängigkeit sich aufhebt.
  Dann brauchst du für jeden JFet noch eine Fet Kaskade, weil
  die alle eine ausgeprägte Drain-Gate Spannungsabhängigkeit des Stroms
  haben.  Die Kapazitäten sind dann auch erträglich und konstant.
  Und nicht vergessen - jeden einzelnen Jfet musst du matchen...
  Low Voltage < 10 Volt kannst du damit aber vergessen, und in
  Summe driftet die Schaltung noch immer mehr als ein Präzisions-Opamp 
um
  3 Dollar.

Ach ja, der Widerstand begrenzt die Schleifenverstärkung, sonst kann
sowas schon mal schwingen...
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