Hallo!
Ich habe eine Frage zum Frequenzgang eines JFET Vorverstärkers für den
NF Bereich von 20Hz-20KHz.
Die Simulation habe ich hier mal angehängt.
Um ehrlich zu sein habe ich noch nicht sonderlich viel mit JFETs
gemacht, daher basiert die Schaltung etwas auf meinen Erfahrungen mit
bipolaren Transistoren.
Da muss auch irgendwo das Problem liegen, nur komme ich leider nicht so
recht dahinter.
Wenn man sich den Frequenzgang anschaut, dann ist der natürlich jenseits
von Gut und Böse.
Wünschenswert wären <1dB Abweichung im Bereich 20Hz-20KHz.
Der Arbeitspunkt ist stabil und entspricht den Knotenpotentialen, die
ich als Kommentar an die Leitungen geschrieben habe.
Den Kondensator an Source (C1) habe ich so dimensioniert, dass er bei
der unteren Grenzfrequenz des gewünschten Übertragungsbereiches einen
Blindwiderstand aufweißt, der nicht größer als 1/100 des ihm parallel
geschalteten Widerstandes (R4) ist.
Tatsächlich habe ich hier sogar mit 10Hz kalkuliert, daher bin ich mir
sicher hier ein Problem ausschließen zu können.
Vielmehr glaube ich, dass ich den eingangsseitigen Koppelkondensator zu
klein gewählt habe.
Dafür habe ich einen RC Hochpass betrachtet, der aus dem besagten
Kondensator (C2) und einer Parallelschaltung der Widerstände R2&R3
besteht.
Wenn man das macht ergibt sich eine untere Grenzfrequenz von ca. 1Hz.
Zu erwähnen sei noch, dass R7 eine Schutzfunktion übernimmt, falls R1
nicht vorhanden ist und dass R5 erstmal nur ein Dummy ist, daher hat er
auch lediglich einen Wert von 1 Ohm.
Wenn ich an den Eingang ein Signal von 20mVpp und 20Hz anlege, dann ist
die Spannung am Gate bereits auf ca. 614µVpp abgefallen, sprich um 30dB,
gedämpft.
Die Signalquelle ist ideal und ich bin verzweifelt!
Was habe ich nicht beachtet?
Über eure Hilfe würde ich mich sehr freuen!
LG
Willst du freiwillig eine Betriebssapnnung von 40 V haben? Oder ist die
aus irgendwelchen Gründen vorgegeben?
Anderungsvorschlag:
S-R gegen Gnd ca. 150 R (I-D ca. 1 mA)
G gegen Gnd 100 K
C1 direkt an S (kann kleiner)
R2 wech, "Schutzwiderstand" wech
Last-R gegen + auf ca. <=20 V U-DS dimensionieren
Ergebnis?
Hast du das richtige Modell in der Simu?
Du willst also einen rauscharmen Mikrofon-Vorverstärker für 48
V-Phantomspeisung machen. Das macht man viel einfacher (und besser),
geradezu trivial. Für eine symmetrische Version mit nur 2 FETs, 3
Widerständen und 2 Dioden - fertig. Lass' mich wissen, falls es dich
interessiert.
DZDZ
Michael M. schrieb:> Willst du freiwillig eine Betriebssapnnung von 40 V haben? Oder ist die> aus irgendwelchen Gründen vorgegeben?
Ja, das ist leider vorgegeben, die 48V und R1 sind in Realität Teil
eines Mikrofoneingang.
D.h. hier hat man keinen Einfluss, auch auf den Lastwiderstand nur
bedingt.
Der Schutzwiderstand ist tatsächlich etwas ungünstig, da er zwar die
Schaltung selbst und den nachfolgenden Eingang schützt, jedoch eine
Dämpfung von ca. 4,52dB bewirkt.
Verzichtbar ist er leider nicht gänzlich.
Vielleicht ist er etwas groß.
Michael M. schrieb:> Hast du das richtige Modell in der Simu?
Das ist ein recht simples Modell, leider weiß ich nicht mehr wo ich es
gefunden habe.
Da sollte zumindest nichts völlig seltsames passieren, oder?
.model 2SK117GR NJF(beta=13.7m vto=-0.547 is=-1n cgd= 8.0445p
cgs=4.9555p lambda=30.41 mfg=TOSHIBA)
Franko P. schrieb:> Dein C2 ist auch ein bisschen klein. der Eingang ist ja ein RC-Glied.> rechne mal das Xc für 10 Hz aus!
Der liegt bei ca. 72kOhm, das entspricht in etwa der Parallelschaltung
von R2&R3.
Wenn ich zur Berechnung die übliche Formel für einen RC Hochpass
verwende, dann komme ich für 10Hz auf ca. 220nF.
Nach meinem Wissen sollte bei dieser Frequenz die Kurve um 3dB
abknicken.
Tatsächlich sind es aber 30dB!
Warum ist das so?
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Du willst also einen rauscharmen Mikrofon-Vorverstärker für 48> V-Phantomspeisung machen. Das macht man viel einfacher (und besser),> geradezu trivial. Für eine symmetrische Version mit nur 2 FETs, 3> Widerständen und 2 Dioden - fertig. Lass' mich wissen, falls es dich> interessiert.
So ziemlich das ist der Plan!
Ich bin auf jeden Fall interessiert.
LG
Schneller mit Worten als gezeichnet:
2 JFETs, Gates an die Eingangs-, Drains an die Ausgangspins. Von jedem
Gate einen R nach Masse, z. B. 2k2, parallel zu je einer Schutzdiode
(Anode an Masse). Vom gemeinsamen Source ein R, z. B. 47R, auch nach
Masse.
Die 6k8 der Phantomspeisung sind die Arbeitswiderstände im Drain der
FETs.
Bei den Teilen, bei denen ich das gesehen hatte, waren je 2 J-FETs
parallel geschaltet. Das senkt noch einmal das Rauschen.
Unbekannt schrieb:> Tatsächlich sind es aber 30dB!> Warum ist das so?
Weil du mit R2 am Drain einen invertierenden Verstärker gebaut hast, der
am Eingang eine virtuelle Masse erzeugt. Deine Signalquelle arbeitet
praktisch auf einen Kurzschluß und nicht etwa nur auf den
Spannungsteiler R2/R3. Das kannst du leicht überprüfen, indem du den R2
nicht an Drain, sondern an eine konstante Spannung legst (natürlich
passend dimensionieren, damit die Spannungen wieder gleich sind).
Schau mal, ob du mit Beschaltung in dieser Größenordnung zurechtkommst.
Dein R2 koppelt mit Verstärkungsfaktor gegen, das verschiebt die
grenzfrequenz am eingang erheblich. Deinen R5 so auslegen, daß der
dynamikumfang nicht begrenzt wird.
Vielen Dank für die zahlreichen hilfreichen Beiträge!
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Bei den Teilen, bei denen ich das gesehen hatte, waren je 2 J-FETs> parallel geschaltet. Das senkt noch einmal das Rauschen.
Interessantes Vorgehen, habe ich noch nie von gehört.
Wie ist das geringere Rauschen zu erklären?
Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass es hier ganz ohne
Stromgegenkopplung aufgrund der Exemplarstreuung zu Problemen kommt.
Waren das kommerzielle Verstärker?
Falls ja, welche?
Elliot schrieb:> Weil du mit R2 am Drain einen invertierenden Verstärker gebaut hast, der> am Eingang eine virtuelle Masse erzeugt. Deine Signalquelle arbeitet> praktisch auf einen Kurzschluß und nicht etwa nur auf den> Spannungsteiler R2/R3. Das kannst du leicht überprüfen, indem du den R2> nicht an Drain, sondern an eine konstante Spannung legst (natürlich> passend dimensionieren, damit die Spannungen wieder gleich sind).
Danke für den Hinweis.
Kann ich noch nicht 100% nachvollziehen, aber ich habe noch etwas
abweichende Konzepte ausprobiert, die auf R2 verzichten und wenig
problematisch im lowend sind.
Helge schrieb:> Dein R2 koppelt mit Verstärkungsfaktor gegen, das verschiebt die> grenzfrequenz am eingang erheblich.
Heißt die Gegenkopplung ist zu stark und verschiebt dadurch die
Grenzfrequenz?
LG
Unbekannt schrieb:> Heißt die Gegenkopplung ist zu stark und verschiebt dadurch die> Grenzfrequenz?
Nee, Helge meint im Grunde das gleiche wie ich. Durch den wegen der
invertierenden Gegenkopplung absinkenden Eingangswiderstand verschiebt
sich die untere Grenzfrequenz nach oben.
Unbekannt schrieb:> JFET Vorverstärker für den NF Bereich von 20Hz-20KHz.
Gibts einen besonderen Grund, statt eines Bipos einen Fet zu verwenden?
M.W. sind Bipos als Mikrofonverstärker eher rauschärmer.
JFET wird ja eher für hochohmige Quellen genommen. R2, R3 stellen nur
den Betriebspunkt am Gate ein und bestimmen den Eingangswiderstand.
Die Verstärkung wird nur eingestellt mit R7/R5 plus die internen
(nichtlinearen) Widerstände des JFET. R5=1k2 Größenordnung 12dB, R2=430
Größenordnung 18dB, ab hier und größere Verstärkungen hängen stark vom
JFET ab (Streuung) und erhöhen Verzerrungen.
Unbekannt schrieb:> Interessantes Vorgehen, habe ich noch nie von gehört.> Wie ist das geringere Rauschen zu erklären?
Meinst du das geringere Rauschen wegen der Parallelschaltung? Das ist
ein einfacher Zusammenhang: Mit zwei parallelen Transistoren verdoppelt
sich die Rauschleistung am Ausgang, aber die Signalspannung ebenfalls.
Anders gesagt: Die Rauschspannung steigt um den Faktor √2, die
Signalspannung um den Faktor 2. 3 dB mehr Rauschabstand.
> Ich könnte mir allerdings vorstellen, dass es hier ganz ohne> Stromgegenkopplung aufgrund der Exemplarstreuung zu Problemen kommt.
Du meinst, Source-Widerstände? Das ist vernachlässigbar. Die FETs
arbeiten mit Ugs = ~0, da ist der Drainstrom maximal und damit das
Rauschen minimal. Die Drainströme sind nicht besonders gleich (es sei
denn, man selektiert), aber das ist eher vernachlässigbar.
> Waren das kommerzielle Verstärker?
Ich kenne die nur von Fotos, den bzw. die Hersteller kenne ich nicht.
> Falls ja, welche?
Ich könnte denjenigen fragen, bei dem ich die Fotos gesehen habe.
Harald W. schrieb:> Gibts einen besonderen Grund, statt eines Bipos einen Fet zu verwenden?> M.W. sind Bipos als Mikrofonverstärker eher rauschärmer.
Hier: Die geradezu primitive Schaltung. Aber es gibt auch sehr
rauscharme J-FETs: 2SSK117, 2SK369, BF862. Leider alle auf der
Abschussliste bzw. schon abgeschossen. Mit massiver Parallelschaltung
von J-FETs lassen sich sehr rauscharme Vorverstärker, die dennoch eine
sehr hohe Eingangsimpedanz haben, realisieren.
Michael M. schrieb:> So isses. Brauchst du überhaupt diese Sp.-GK?
Wahrscheinlich nicht zwingend.
Ist eher mit Kanonen auf Spatzen geschossen.
Wer mehr zum Thema "Einfluss Rückkopplungsnetzwerk auf
Eingangswiderstand" wissen möchte, dem kann ich das hier sehr empfehlen:
https://docplayer.org/55795067-4-1-auswirkung-von-gegenkopplung-bei-emitter-bzw-source-schaltung.html
Ich habe mich hauptsächlich für das Phänomen interessiert, da es mir nur
bedingt bewusst war.
Der Einfachheit halber werde ich wohl ohne die Spannungsgegenkopplung
bauen.
Helge schrieb:> Die Verstärkung wird nur eingestellt mit R7/R5 plus die internen> (nichtlinearen) Widerstände des JFET. R5=1k2 Größenordnung 12dB, R2=430> Größenordnung 18dB, ab hier und größere Verstärkungen hängen stark vom> JFET ab (Streuung) und erhöhen Verzerrungen.
Absolut richtig :)
Bzw. muss der Widerstand R1 noch Beachtung finden und die Dämpfung durch
den Spannungsteiler aus R1&R7!
Dann ergibt sich:
+6dB: R5=3,3K
+12dB: R5=1,5K
+18dB: R5=820
+24dB: R5=390
Der Zahn der Zeit (🦷⏳) schrieb:> Meinst du das geringere Rauschen wegen der Parallelschaltung? Das ist> ein einfacher Zusammenhang: Mit zwei parallelen Transistoren verdoppelt> sich die Rauschleistung am Ausgang, aber die Signalspannung ebenfalls.> Anders gesagt: Die Rauschspannung steigt um den Faktor √2, die> Signalspannung um den Faktor 2. 3 dB mehr Rauschabstand.
Interessant.
3dB sind natürlich nicht viel, aber ich werde mal damit experimentieren.
Ich sehe die Voodoisten und Fetischisten vor meinem geistigen Auge, wie
sie riesige Bänke von JFETs zusammenschalten...
LG
Unbekannt schrieb:> Ich sehe die Voodoisten und Fetischisten vor meinem geistigen Auge, wie> sie riesige Bänke von JFETs zusammenschalten...
Es gibt sowohl Voodoisten und Fetischisten als auch Andere, die riesige
Bänke von JFETs zusammenschalten. Das sind aber eher selten dieselben.
Es gibt nun einmal Quellen, die eine außerordentlich geringe
Ausgangsspannung bei gleichzeitig niedriger Quellimpedanz liefern. In
der Audiotechnik z. B. Bändchenmikrofone und Moving Coil Tonabnehmer.
Damit die eine ordentliche, mit normalen Vorverstärkern verwertbare
Spannung liefern, werden dann Trafos eingesetzt. Nicht ganz ohne
Nachteile, da kommen dann die ultra-rauscharmen Vorverstärker in den
Fokus.
Man sollte aber wissen, dass allein schon ein Widerstand von 60 Ohm
ungefähr so viel rauscht, wie ein besonders rauscharmer Op-Amp oder
J-FET (~1 nV/√Hz).
Und wenn man durch Parallelschaltung von z. B. mind. 4 J-FETs z. B. 0,5
nV/√Hz erreicht, führen Quellimpedanzen, Schutz- oder
Gegenkopplungswiderstände (Emitterwiderstände) > 10 Ohm die ganzen
Anstrengungen ad Absurdum.
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Bode.PNG
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Gate.PNG
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