Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie Bauteile rund um FET dimensionieren?


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von Heiko (Gast)


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Hallo,
für ein Kondensatormikrofonprojekt soll die Schaltung im Anhang 
aufgebaut werden.
Es handelt sich um eine modifizierte Röhrenmikrofonschaltung.


Offene Fragen dazu:

a) Wie groß kann ZD maximal sein?

b) Wie groß sollte R1 sein?

c) Wie groß sollte R5 sein?

d) Wäre ein C parallel zu R3 empfehlenswert?


Datenblatt zum FET (2S)K170:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/2sk170%23TOS.pdf

von Jens G. (jensig)


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> a) Wie groß kann ZD maximal sein?

Soviel, daß der Transistor nicht auserhalb der Spezifikation betrieben 
wird, also max. 40V.

>b) Wie groß sollte R1 sein?

(110V-Vzd)/R1 muß mehr als Id ergeben, aber nicht sinnlos mehr.
Und dann natürlich einen R nehmen, der die verbratene Leistung verträgt.

c) Wie groß sollte R5 sein?

So groß, daß Id_max nicht überschritten wird. Sollte sich mit 47Ohm 
erreichen lassen, wo dann rund 5mA fließen sollte (nach einem 
Schnelldurchblick des DB). Ob das das Rauschminimum darstellt, habe ich 
jetzt nicht nachgeschaut.

d) Wäre ein C parallel zu R3 empfehlenswert?

Ja, schon um das Widerstandsrauschen an der Stelle zu unterdrücken. 
Anderseits frage ich mich, warum Du nicht gleich mit der Spannung soweit 
runter gehst, daß da gar kein Spannungsteiler mehr nötig sein sollte. 
Das reduziert dann auch gleich die Verluste in R1.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Ich schließe mich der Antwort von Jens an, möchte aber zur 
Verfollständigung sagen:
Jens G. schrieb:
> d) Wäre ein C parallel zu R3 empfehlenswert?
> Ja, schon um das Widerstandsrauschen an der Stelle zu unterdrücken.
Das ist nicht nur empfehlenswert. Ohne diesen Kondensator erzeugen die 
Widerstände über den gesamten hörbaren Bereich ein Spannungsrauschen, 
das mehr als 100-mal größer ist, als das des besonders rauscharmen 
Transistors. Das ist fast zu 100% dem Audiosignal der Kapsel überlagert.

von Klaus R. (klara)


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Heiko schrieb:
> Es handelt sich um eine modifizierte Röhrenmikrofonschaltung.

Jetzt mal ernsthaft, wer baut denn wirklich heutzutage solch eine 
Schaltung???
Das geht auch mit ungefährlichen 9V und einer kleinen Batterie.
mfg Klaus

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Normalerweise wuerden R2 bis R4 entfallen. Die 110V wuerden ueber PT2 
verzoegert angelegt auf KondMikro um die Leckstroeme des Fet nicht zu 
ueberfordern. Das waere die rauscharme Variante.

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Jetzt mal ernsthaft, wer baut denn wirklich heutzutage solch eine
> Schaltung???
> Das geht auch mit ungefährlichen 9V und einer kleinen Batterie.

Jetzt mal noch ernsthafter, wer baut denn wirklich heutzutage noch ein 
Mikrofon aus Kapsel und Elektronik?
Das geht auch einfacher, wenn man ein fertiges Mikrofon kauft.

Und ultimativ ernsthaft: Am einfachsten ist das Leben, wenn man sich mit 
gar nichts beschäftigt.

Nebenbei: Vor längerer Zeit habe ich mal jemandem geholfen, der ein 
Mikrofon mit einer Großmembran-Kapsel bauen wollte, eine 
Wandlerschaltung von internen ca. 6 V auf +/-60 V zu dimensionieren. 
(+/-60 V: Umschaltbare Richtcharacteristik.)

Ernsthaft!

von Klaus R. (klara)


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Der Zahn der Zeit schrieb:
> Ernsthaft!

Ja, manche Leute bauen sich tatsächlich noch Röhrenverstärker.
mfg Klaus

von MaWin (Gast)


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Dieter schrieb:
> Normalerweise wuerden R2 bis R4 entfallen. Die 110V wuerden ueber
> PT2 verzoegert angelegt auf KondMikro um die Leckstroeme des Fet
> nicht zu ueberfordern. Das waere die rauscharme Variante.

R4 entfallen ? Der macht doch die Umsetzung Kondensator-Verschiebestrom 
in Spannnug, die dann vom JFETals Impedanzwandler ausgekoppelt wird.

Ohne R4 würde (bei idealem JFET) gar kein Strom durch den Kondensator 
fliessen können.

Und R2/R3 wäre, wenn am Knotenpunkt ein Elko nach Masse geht, eine gute 
Versorgungsspannungsentkopplung damit Störungen der Versorgung nicht 
gleich laut im Mikro zu hören wären. Das ist dein PT2.

von Dieter (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Ja, manche Leute bauen sich tatsächlich noch Röhrenverstärker.

Es gibt durchaus noch Nischen in denen Röhren längere Zeit aktueller 
Stand der Technik sein werden. Es ist auch nichts dagegen einzuwenden, 
wenn diese Hersteller (aus deren Sicht very low technical products) für 
den Markt der Bastler, oldtimertechnische Enthusiasten noch wenige Typen 
von Röhren produzieren als zweites Standbein.
(Daher ist selbstverständlich auch nichts gegen diese Bastler 
einzuwenden.)

von Dieter (Gast)


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MaWin schrieb:
> R4 entfallen ? Der macht doch die Umsetzung Kondensator-Verschiebestrom
> in Spannnug, die dann vom JFETals Impedanzwandler ausgekoppelt wird.

In dem Falle mußt Du die Reihenschaltung aus der Kondensatormembran, 
dessen C-Schwankungen mit den Schallwellen und der parasitären Kapazität 
der Gate-Drain-Diode betrachten. Das setzt hochwertige 
Kondensatormembranen und sorgfältige Montage voraus.

MaWin schrieb:
> Und R2/R3 wäre, wenn am Knotenpunkt ein Elko nach Masse geht, eine gute
> Versorgungsspannungsentkopplung damit Störungen der Versorgung nicht
> gleich laut im Mikro zu hören wären. Das ist dein PT2.

Würde man so machen, wenn U/2 (statt 110V nur 55V) als Potential 
gewünscht wird. Das wäre hier ein PT1 Verzögerungsglied.

von Heiko (Gast)


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Hallo und vielen Dank für die vielen Antworten, besonders an Jens, der 
so schnell und punktgenau geantwortet hat!

Habe versucht, das alles in dem Schaltbild im Anhang umzusetzen (die 
Abblock-Cs könnten wohl noch mehr Kapazität haben).

Eine große Frage habe ich noch:
Wäre es besser, statt dem Impedanzwandler das Signal an D des FETs mit 
einem gewissen Verstärkungsfaktor auszukoppeln (also dort noch einen 
Drain-Widerstand einzufügen)?
Oder würde das unter dem Strich mehr Nachteile als Vorteile gegenüber 
dem Sourcefolger (= Impedanzwandler; Verstärkung ≤ Null) bringen?


Ansonsten noch ein paar kleinere Fragen:

Jens G. schrieb:
> So groß, daß Id_max nicht überschritten wird. Sollte sich mit 47Ohm
> erreichen lassen, wo dann rund 5mA fließen sollte (nach einem
> Schnelldurchblick des DB).
Wie liest man das ab, in welchem Diagramm?

Jens G. schrieb:
> Ob das das Rauschminimum darstellt, habe ich
> jetzt nicht nachgeschaut.
Wie/wo findet man das Rauschminimum?

Klaus R. schrieb:
> Das geht auch mit ungefährlichen 9V und einer kleinen Batterie.
> mfg Klaus
Beim ECM, aber nicht (gut) bei einer echten Kondensatormikrofonkapsel.

Was sind PT1 und PT2?

von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Heiko schrieb:
> Eine große Frage habe ich noch:
> Wäre es besser, statt dem Impedanzwandler das Signal an D des FETs mit
> einem gewissen Verstärkungsfaktor auszukoppeln (also dort noch einen
> Drain-Widerstand einzufügen)?
> Oder würde das unter dem Strich mehr Nachteile als Vorteile gegenüber
> dem Sourcefolger (= Impedanzwandler; Verstärkung ≤ Null) bringen?
Das wird auch oft so gemacht. Und es hat auch einen Nachteil: Die 
Miller-Kapazität (Drain-Gate-Kapazität) wirkt dem Kapselsignal entgegen. 
Ob das in nennenswertem Maße schädlich ist, kann ich aus dem Bauch 
heraus nicht sagen, aber oft sieht man dann einen NPN in Basisschaltung 
in der Drainleitung, der die Miller-Kapazität weitgehend unschädlich 
macht, wodurch evtl. höhere Verstärkungen erreicht werden.
>
> Ansonsten noch ein paar kleinere Fragen:
>
> Jens G. schrieb:
>> So groß, daß Id_max nicht überschritten wird. Sollte sich mit 47Ohm
>> erreichen lassen, wo dann rund 5mA fließen sollte (nach einem
>> Schnelldurchblick des DB).
> Wie liest man das ab, in welchem Diagramm?
Tatsächlich Id max = 5 mA? Nicht plausibel. Steht in den "Absolute 
Maximum Ratings". Aber auch die max. Verlustleistung darf nicht 
überschritten werden. Mit 5 mA an 30 V sind wir bei 150 mW - na ja, das 
sollte ok sein. Aber es gibt keinen Grund, Uds so hoch zu wählen.

> Jens G. schrieb:
>> Ob das das Rauschminimum darstellt, habe ich
>> jetzt nicht nachgeschaut.
> Wie/wo findet man das Rauschminimum?
Prinzipiell rauschen JFETs bei höchstem Strom am wenigsten. Der höchste 
Strom entsteht bei Ugs = 0, also mit Rs = 0. Nur kann man dann am 
Emitter kein Signal mehr auskoppeln - also sind wie wieder bei der 
Auskoppplung am Drain. Es müsst aber auch gehen, einen hohen Rs zu 
nehmen, aber den Rg = 1 GOhm nicht an Masse, sondern an Source zu legen. 
Der dürften dann sogar niederohmiger sein, weil das eine 
Bootstrap-Konfiguration ergibt. Wie sich das auswirkt, wäre zu berechnen 
oder simulieren.

> Klaus R. schrieb:
>> Das geht auch mit ungefährlichen 9V und einer kleinen Batterie.
>> mfg Klaus
> Beim ECM, aber nicht (gut) bei einer echten Kondensatormikrofonkapsel.
Jein - natürlich bei einer reinen Kondenstorkapsel auch. Nur wird das 
Mikro in der Praxis ziemlich unempfindlich sein. und 50 V werden 
allgemein nicht als gefährlich angesehen.

> Was sind PT1 und PT2?
Abkürzungen, die signalisieren sollen, dass der Autor E-Technik studiert 
hat. Zu Deutsch: Ein- oder 2-polige Tiefpässe, z. B. R/C-Tiefpässe.

von Jens G. (jensig)


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Der Zahn der Zeit (Gast) schrieb:

>> Ansonsten noch ein paar kleinere Fragen:
>>
>> Jens G. schrieb:
>>> So groß, daß Id_max nicht überschritten wird. Sollte sich mit 47Ohm
>>> erreichen lassen, wo dann rund 5mA fließen sollte (nach einem
>>> Schnelldurchblick des DB).
>> Wie liest man das ab, in welchem Diagramm?

Im "Static Characteristics" Diagramm. Wenn man sich einfach mal auf 
Ids=5mA einschießt, dann kommt bei reichlich Uds=30V die Ugs=0,2V-Kurve 
durch. Ok, wären eher 39Ohm (als nächster Standardwert), um diesen 
Arbeitspunkt etwa zu erreichen.
100Ohm ist sicherlich auch ok, wenn man Id bezüglich Rauschen betrachtet 
(s.u.).

>Tatsächlich Id max = 5 mA? Nicht plausibel. Steht in den "Absolute
>Maximum Ratings". Aber auch die max. Verlustleistung darf nicht

Die max. Ratings sprechen von 10mA.

>überschritten werden. Mit 5 mA an 30 V sind wir bei 150 mW - na ja, das
>sollte ok sein. Aber es gibt keinen Grund, Uds so hoch zu wählen.

>> Jens G. schrieb:
>>> Ob das das Rauschminimum darstellt, habe ich
>>> jetzt nicht nachgeschaut.
>> Wie/wo findet man das Rauschminimum?
>Prinzipiell rauschen JFETs bei höchstem Strom am wenigsten. Der höchste
>Strom entsteht bei Ugs = 0, also mit Rs = 0. Nur kann man dann am
>Emitter kein Signal mehr auskoppeln - also sind wie wieder bei der
>Auskoppplung am Drain. Es müsst aber auch gehen, einen hohen Rs zu
>nehmen, aber den Rg = 1 GOhm nicht an Masse, sondern an Source zu legen.
>Der dürften dann sogar niederohmiger sein, weil das eine
>Bootstrap-Konfiguration ergibt. Wie sich das auswirkt, wäre zu berechnen
>oder simulieren.

Also Diagramm NF-Id sagt, daß ab 1mA der Strom egal ist - alles gleiches 
Rauschen.
NF-Vds sagt, daß alles unter Uds=30V egal ist  (wenn man mal zu höheren 
Frequenzen interpoliert).
Und NF-Rg sagt, daß man mit Rg=10k (mit großer Streubreite) gut liegt.
NF-f lassen wir links liegen - können wir sowieso nix dran ändern.

> Was sind PT1 und PT2?
Abkürzungen, die signalisieren sollen, dass der Autor E-Technik studiert
hat. Zu Deutsch: Ein- oder 2-polige Tiefpässe, z. B. R/C-Tiefpässe.

Ja - bzw. Regelungstechnik. Diese Autoren wollten auch endlich mal 
nichts dazu beitragen, was zum Thema paßt, stattdessen zeigen sie, was 
sie woanders so drauf haben.

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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> Was sind PT1 und PT2?
> Zu Deutsch: Ein- oder 2-polige Tiefpässe, z. B. R/C-Tiefpässe.

Abkürzungen, die signalisieren sollen, dass der Autor wenigstens im 
zweiten Lehrjahr an der Berufsschule bei den Industrieelektronikern, 
Kommunikationselektronikern, wie auch der Radio-/Fernsehtechnikern, 
aufgepasst hat.

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