Aktiven Tastkopf selber bauen (fertig zum Nachbauen)

[PICture]

Ich möchte dafür einen pnp Transistor T4 als Emitterfolger anwenden (siehe Code). Bei gleichen Basisströmen (bei mir 80 µA für Ub = 0) sollten sich Ube von T4 und T5 fast ideal kompensieren, es muss nur noch der R5 an ß des T4 angepasst werden.

Die Ausgangstransistoren T6 und T7 durch gleiche Widerstände in Emittern (R8 = R9) kompensieren sich sehr gut. Wenn es nicht deutlich besser seien sollte, lasse ich den T4 weg. Aber zuerst möchte ich die Schaltung praktisch testen.

MfG

                          +-----+-----+---------o +3V
                          |     |     |
                     9,8mAX     X3mA --- C9
                          |     |    --- µ1
                         .-.    |     |
                         | |R6  |    ===
                   GND   | |330 |    GND
                   ===   '-'    |
                    |     |   |/
           GND     .-.    +---| T6
           ===     | |R5  |   |>
            |      | |120 |     |
            +---+  '-'    |    .-.
            |   |   |   |/     | |R8
            |  ---  +---| T5   | |20
            |  ---  |   |>     '-'     RG174             Oszi
           .-.  | |<      |     |  ____     ____
           | |<-+-| T4    |     +-(____(- -(____(------+--(o)
           | |    |\      |     |      |          A    |   -
           '-'      |     |   |/      ===         |   .-.  |
            |       |     +---| T7    GND         |   | | ===
            |       |     |   |>                Uo|R10| | GND
            |       |     |     |    GND          | 51'-'
            |       |    .-.   .-.   ===          |    |
            |       | R7 | | R9| |    |          ===  ===
            |       | 120| | 20| |   --- C8      GND  GND
            |       |    '-'   '-'   --- µ1
            |       |     |     |     |
            +-------+-----+-----+-----+---------o -3V

                T4= BF324, T5...T7 = BFR91A

[PICture]

Leider hat der T4 nicht viel gebracht, weil... es müssen doch zwei Ube Spannungen von T5+T7 kompesiert werden.

Nach dem einlöten der Diode D (siehe Code) und nötiger Erhöhung der Versorgungsspannungen auf +/- 3,5V , war das Ergebnis überraschend: der TK war sehr klein um -1 mV/K. Mit so guter Kompensierung habe ich, ehrlich gesagt, nicht gerechnet.

Damit habe ich den Schaltplan der kompensierten Ausgangstufe fertig und kann in Richtung Eingang weiter bauen. Die gemessene Spannung auf der Basis vom T4 für 0 V am Ausgang beträgt -3,30 V. Deswegen werde ich, um +/- 0,5 V vom Eingang übertragen zu können, die Versorgungsspannungen auf +/-4 V erhöhen müssen.

MfG

                          +-----+------+--------o +4V
                          |     |      |
                      10mAX     X10mA --- C9
                          |     |     --- µ1
                         .-.    |      |
                         | |R6  |     ===
                   GND   | |330 |     GND
                   ===   '-'    |
                    |     |   |/
                   .-.    +---| T6
                   | |R5  |   |>
                   | |180 |     |
           GND     '-'    |    .-.
           ===      |   |/     | |R8
            |       +---| T5   | |20
            +---+   |   |>     '-'     RG174        Oszi
            |   |   V     |     |  ____     ____
            |  ---  - D   |     +-(____(- -(____(-+--(o)
            |  ---  |     |     |      |          |   -
           .-.  | |<      |   |/      ===        .-.  |
           | |<-+-| T4    +---| T7    GND     R10| | ===
           | |    |\      |   |>               51| | GND
           '-'      |     |     |     GND        '-'
            |       |    .-.   .-.    ===         |
            |       | R7 | | R9| |     |         ===
            |       | 120| | 20| |    --- C10    GND
            |   10mAX    '-'   '-'    --- µ1
            |       |     |     |      |
            +-------+-----+-----+------+--------o -4V

    D = 1N4148, T4= BF324, T5...T7 = BFR91A

[PICture]

Hallo!

Weil die Ausgangstufe sich so gut kompensieren lassen hat, möchte ich die FET Eingangstufe auch kompensiert bauen.

Im Code habe ich hoffentlich die letzte Version des DC Tastkopfes skizziert und so werde ich die Schaltung weiterbauen. Es kann sich noch etwas ändern, aber diesmal, erwarte ich keine große Probleme.

Wegen eventuellem Platzmangel in meinem Gehaüse könnten der Eingansteiler R1,C2 mit dem 2:1/20:1 Umschalter und der Kopplungkondensator C1 mit dem AC/DC Umschalter bei meinem Aufbau weg gelassen werden, weil ich für kleine AC Signale schon den HF Tastkopf habe. Ausserdem werde ich nach der Ermittlung der Werte den Trimmpoti R8 mit einem festem Spannungsteiler ersetzen.

Diesen DC Tastkopf nur mit dem 20:1 Eingangsteiler werde ich eigentlich für digitale Signale benutzen. Falls nötig, werde ich für HF Signale mit größerer Amplitude, die zu großen DC Offset haben, ansteckbaren C1 verwenden.

MfG

                           C6||µ1
              C2?  \     +---||--+---+-----+-------+---+----+---o +4V
   AC            ||/\    |   ||  |   |     | \ 10mAX   X10mA|
     \ DC     +--||-- + === 2,5mAX    \|  .-./\    |   |   ---C7
   +o \o+     | /||   | GND      |  T3 |->|*|R8   .-.  |   ---µ1
   |    |  2:1|  ___  |        |-+    <| /| |10k  | |  |    |
   | || |   o-+-|___|-+-o      |  T1 |    '-'  R10| |  |   ===
 <-+-||-+-o--  R1___ 10k--o-+->|-+   | "0" |   330'-'  |   GND
     ||     o-+-|___|-+-o   |    |  .-.    +---+   | |/
     C1?  20:1|R2 190k|    .-.   |  |*|R6  |   |   +-| T7
              |  ||/  | R3 | |   |  | |180 |  .-.  | |>
              +--||---+\10k| |  .-. '-'    |  | |  |   |
               \/||   |/\  '-'R4|*|  | ||C5|  | |  |  .-.
             C3?\    ---    |200| |  +-||--+R9'-'  |  | |R12
                    /---   ===  '-'  | ||? |430| |/   | |20
                  C4? |    GND   | |<     ===  +-| T6 '-'   RG174  Oszi
                     ===         +-| T4   GND  | |>    |    ____     -
                     GND         | |\          V   |   +---(____(-+-(o)
  D = 1N4148                   |-+   |       D -   |   |   |      |  -
                               |  T2 X5mA      |   | |/   ===    .-. |
  T1,T2 = BF245A            +->|-+   |       |<    +-| T8 GND R14| |===
                            |    |   +-------| T5  | |>       51 | |GND
  T3 = BC547            GND |    |   |       |\    |   |   GND   '-'
                        === |   .-. .-.        |  .-. .-.  ===    |
  T4,T5 = BF324          |  | R5|*| | |     5mAX  | | | |   |    ===
                      C8--- |200| | | |        | R| | | |  ---   GND
  T6...T8 = BFR91A    µ1--- |   '-' '-'R7      |11'-' '-'20---C9
                         |  |    |   |300      |120|   |R13 | µ1
  R2 = 180k + 10k        +--+----+---+---------+---+---+----+---o -4V

[PICture]

Hallo!

Um die Eingangstufe mit zwei FETs sehr gut thermisch kompensieren zu können, sind zwei FETs mit identischen Parameter notwendig. Leider in 10 Stück beim Reichelt gekauften BF245A habe ich keine zwei identische gefunden.

Deswegen habe ich die im Code skizzierte Schaltung schnell getestet und festgestellt, dass bei Temperaturänderungen, dank der Diode D der Drainstrom Id fast konstant bleibt. Deswegen möchte ich sie wahrscheinlich verwenden.

Dabei muss nach der Messung des Ids der Widerstand ausgerechnet werden, um auf dem S des FETs +0,5 V gegen GND zu haben. Weil der Id des BF245A bei Ugs = -0,5 V im Bereich von 1 bis 3 mA liegt wird der Rs im Bereich von 1,6 bis 4k liegen und der Übertragungsfaktor des FETs höher als mit Rs = 200 Ohm wird.

Weil die Endstufe eine Verstärkung von Ku = 2,5 hat, vielleicht wird die Verstärkung sogar zu hoch sein und der T4 könnte nur als temperaturkompensierter invertierender Pegelschieber mit Verstärkung Ku = 1 arbeiten. Deswegen möchte ich mich zuerst mit der FET Eingangstufe beschäftigen.

MfG

                  o +4V
                  |
                  ||
                  ||Id
                  |V
                  |
                |-+
                |  T1 = BF245A
     <----+---->|-+
          |       |
         .-.    0V+---------->
       Rg| |      |
         | |     .-.
         '-'     | | Rs
          |      | |
         ===     '-'
         GND      |
                  V
                  - D = 1N4148
                  |
                  o -4V

[PICture]

Hallo!

Die Testen der Eigangstufe mit einem, mit einer Diode kompensiertem FET, haben gezeigt, dass sie sich sehr gut für den DC Tastkopf eignet. Wenn man auf dem S eine Spannung 0V gegen GND einstellt, überträgt sie linear Signale symetrisch gegen GND mit Übertragungsfaktor 0,8. Die nötige gesamte Verstärkung der Folgestufen reduziert sich damit zu 1,25. Ich konnte nur bis +/-3V testen, weil mein Funktionsgenerator leider nicht mehr gibt.

Danach habe ich die thermische Drift kompensiert und dazu verschiedene Dioden verwendet. Bei 1N4148 war TK=+3 mV/K, BAT42 TK=+2 mV/K und bei Germaniumdiode GAY60 TK=-1,5mV/K.

Der zweite Wert ist für mich interessant, weil wenn die Eingangstufe so kompensiert wird, wird es den TK von bisheriger Schaltung (noch ohne T3,T4) deutlich sinken, da die Ausgangstufe ohne Kompensierung TK=-6 mV/K hat (das enspricht -2,4 mV/K am Eingang). Aber die optimale Kompensierung wird erst am Ende noch mal analisiert.

In jedem Fall die FET Eingangstufe bei Ugs=0 V sollte linear sogar höhere Spannungen übertragen können. Deswegen werde ich noch mal zu der Ausgangstufe zurückkommen müssen und versuchen mit kleinerer Verstärkung (Ku=1,25 bzw. Ku=1) die max. Ausgangsspannung ohne Oszillationen rauszufinden.

Vielleicht werde ich doch einen Hub von 6 V rauskriegen und mit Verschiebung der Nullinie die digitale Signale ohne Teilung am Eingang des Tastkopfes zum Oszi übertragen können. Das verlangt aber entsprechende Erhöhung der Versorgungsspannungen, damit alle Stufen den Hub von 6 V übertragen können.

MfG

[Besserwessi]

Wenn man das Kabel direkt am Tastkopf hat, muss man ja kein 50 Ohm Kabel nehmen, man kriegt ja auchLeitungen für 75 Ohm oder gar 93 Ohm. Das könnte den Strombedarf und die Verlustleistung der Ausgangsstufe reduzieren.

Der Tk von 3 mV/K für die 1N4148 kommt mir zu hoch vor, das würde nur für sehr niedrigen Strom passen. Ein positiver Tk wohl ohnehin nicht. Eigentlich sind das fast immer rund -2 mV/K, wenn man rund 600 mV bei Raumtemperatur hat.

[PICture]

Hallo Besserwessi!

Ich habe das Koaxkabel RG174 mit 50 Ohm gewählt, weil das dünnste beim Reichelt in 5m Ringen erhältliches ist (Durchmesser 2,8 mm) und bei dem bleibe ich.

Ich habe die Werte von TK gemessen und nicht interpretiert, weil das so ist und lässt sich nicht ändern. Woher hast du die 600 mV? Für mich bei -2 mV/k braucht man dafür Unterschied von 300°C oder verstehe ich das nicht richtig?

Ich habe für jede Diode mit dem Rs die Spannung auf dem S auf 0 eingestellt, die Ausgangsspannung auf 0 gestellt, die Schaltung um 20°C über die Raumtemperatur erwärmt und die Ausgangspannung Uo gemessen. Den TK habe ich jeweils durch Teilung der zwei Werte ausgerechnet TK=Uo/20. Ist das falsch?

Die ausgerechnete Werte gelten, wegen unlinearität der Temperaturdrift der Schaltung, nur für bestimmten Temperaturbereich. Beispielweise der TK der Schaltung mit GAY60 für Temperaturänderung von 20°C bis 45°C ist -2 mV/K.

MfG

[PICture]

Hallo!

Ich habe mir das ganze mit dem aktivem DC Tastkopf noch mal über Kopf gehen lassen und die scheinbar optimale Variante angennomen, die schnell den Aufbau beenden ermöglichen sollte.

Weil die temperaturkompensierte FET Eigangstufe einen Übertragungsfaktor Ku=0,8 hat und die Ausgangstufe eine Verstärkung Ku=2,5 hat, ergibt sich eine gesamte Verstärkung des Tastkopfes Ku=2.

Wenn ich also am Eingang einen 20:1 Teiler anwende, wird der gesamter Übertragungsfaktor 10:1 sein. Der Spannungshub am Ausgang +/-1 V ist ohne Probleme realisierbar und dank der Verstärkung der Ausgangstufe brauchen die Stufen von Eingang an nur den Hub von +/-0,4 V übertragen.

Da die FET Eingangstufe sich mit positivem TK realisieren lässt, kann ich wahrscheinlich auf die den Hub mindernde Kompensierung der Ausgangstufe verzichten und die Versorgungsspannungen sinken.

Ich werde jetzt den Tastkopf zu Ende bauen und danach den aktuellen Schaltplan posten. Es wird leider noch ein bißchen dauern.

MfG

[Besserwessi]

Normalerweise wird der TK direkt am Bauteil gemessen. Also nur die Spannung an der Diode, und nicht erst am Ausgang des Verstärkers. das kann natürlich einiges erklären. Die Ge diode ist dann aber komisch.

Die 600 mV waren für die normale Flußspannung gedacht. Bei Si Dioden folgt die Tempearturabhängigkeit der Flußspannung ziehmlich typen-unabhängig einem einfachen Muster. Als Funktion der Temperatur gibt sich eine Gerade die zu 0 K extra poliert bei ziehmlich genau 1,25 V (den Genauen Wert weiss ich gerade nicht) ergibt. Bei einer Typischen Flußspannung von 650 mV kriegt man so gerade die Typischen -2 mV/K. Bei weniger Strom und damit weniger Spannung einen etwas höheren TK.

[PICture]

Das war nur ein Mißverständniss, weil ich die ganze skizzierte Schaltung und nicht nur die Diode gemessen habe. Dann passt alles.

Ich kann mir das mit der Ge Diode nur so erklären, dass die Flußspannung der Ge Diode (0,67 eV) materialbedingt schneller wie der GS Strecke des FETs (1,11 eV) sinkt, und die Differenz der Spannungen, die am Ausgang (S) gemessen wurde, negativ ist.

Ich habe noch für ein paar Kombinationen von verschiedenen Dioden in der o.g. Schaltung getestet und folgende komische TKs in mV/K gemessen:

3 x GAY60 .................-> -2,5
GAY60 + BAT42 .........-> -2,5
2 x GAY60 .................-> -3,0
2 x GAY60 + 1N4148 -> -3,0


Ich habe aber den Strom nicht gemessen, dessen Änderung sicher die komische Werte verursacht.

MfG