Ongewenste oscillaties sourcevolger

Op 1 december 2013 14:45:14 schreef Frederick E. Terman:Ik heb het al enkele keren eerder voorgesteld, maar zou je niet eens een simulator installeren, Simetrix bijvoorbeeld? Dat lijkt me net iets voor jou. Dat is óók experimenteren, maar minder totaal blind.

Simulaties van schakelingen doe ik nog in een oude MS-DOS versie van MicroCAP uit 1990, Mc3s die ik van school had gekregen. Ik weet niet of dat programma wel zo realistisch simuleert.

Is LtSpice, te vinden op http://www.linear.com/designtools/software/, ook geschikt om hoogfrequentschakelingen te simuleren zoals jij dat doet in Simetrix?

Ik merk dat de gevoeligheid van een eenvoudige J-FET-voorversterker in GSS op de hogere kortegolfbanden afneemt. Dit wordt veroorzaakt door de beruchte Miller-capaciteit tussen de drain en de gate. Een elegante oplossing voor dit probleem is het gebruik maken van hf-voorversterker in Cascode-configuratie. Door de onderste basisweerstand van 2k2 aan de basis van de BF494 regelbaar te maken, kun je de versterkingsfactor van deze hf-versterker regelen.

Op 1 december 2013 15:38:37 schreef dawmast:
[...]

...Dit wordt veroorzaakt door de beruchte Miller-capaciteit tussen de drain en de gate. ...

Berucht???
Dat is gewoon een van de vele parameters van die Fet.
Net zoals een bipolaire tor die heeft.

Elektuur publiceerde in het Halfgeleidergids van 2006 een actieve kortegolfantenne die ook met source- en emittervolgers is uitgerust. Ook deze versterkertrappen zijn gevoelig voor ongewenste oscillaties door capacitieve belastingen (interne transistorcapaciteiten en capaciteit coaxkabel). Om dat te voorkomen, zijn er op cruciale punten stopweerstanden geplaatst: R4 van 100 Ohm en R6 van 39 Ohm, het laatste om te voorkomen dat de capacitieve belasting van de coaxkabel tot parasitaire oscillaties leidt, ook om de uitgang op de impedantie van de coaxkabel van 50 Ohm aan te passen. De trap T2 met BF245A zou door de capacitieve belasting van de coaxkabel naar de ontvanger samen met de gate-source capaciteit erg gemakkelijk een ongewenste Collpits-oscillator kunnen vormen, om dat te voorkomen, zit spoel L6 tussen de source en de sourcepotmeter van 470 Ohm. Tussen de loper van P1 en C8 zou een stopweerstandje van enkele Ohms ook op zijn plaats moeten zijn.

Actieve kortegolfantenne Elektuur 07/08-2006:

Simulaties van schakelingen doe ik nog in een oude MS-DOS versie van MicroCAP uit 1990, Mc3s die ik van school had gekregen. Ik weet niet of dat programma wel zo realistisch simuleert.

Hangt van de modellen af. Maar jouw vragen zijn altijd zo simpel dat iedere simulator daar een antwoord op kan geven.
Iets anders is het bedieningsgemak. Ik heb net de gebruiksaanwijzing van die oude versie bekeken, en kan me nu goed voorstellen waarom je hem nooit gebruikt.
Ze hebben trouwens net versie 10.1.0.2 uit, ook in een demoversie; die zal wel fijner werken.

Is LtSpice, te vinden op http://www.linear.com/designtools/software/, ook geschikt om hoogfrequentschakelingen te simuleren zoals jij dat doet in Simetrix?

Hoewel dat van oorsprong een sim is voor geschakelde voedingen, kun je er tegenwoordig naar verluidt veel meer mee. Ik ken hem echter niet en ga hem ook niet installeren. Over LTSpice kan ik dus geen vragen beantwoorden, over Simetrix wel.

Op 1 december 2013 23:16:15 schreef Frederick E. Terman:
[...]Hangt van de modellen af. Maar jouw vragen zijn altijd zo simpel dat iedere simulator daar een antwoord op kan geven.
Iets anders is het bedieningsgemak. Ik heb net de gebruiksaanwijzing van die oude versie bekeken, en kan me nu goed voorstellen waarom je hem nooit gebruikt.
Ze hebben trouwens net versie 10.1.0.2 uit, ook in een demoversie; die zal wel fijner werken.

Ik gebruik die oude MS-DOS-versie van MicroCap uit 1990 nog wel regelmatig. Prima te draaien in een DOS-box onder Windows XP.

Nu weer on-topic, laten we het hebben over die actieve kortegolf antenne uit de Halfgeleidergids van 2006, die ik hierboven gepost heb.

Geen beveiliging van de antenne ingang en kans op oversturing van de ingang. Verder kan R7 beter als potmeter worden gekozen i.p.v. van de 470 ohm pot1.

Nu een sourcevolger buffertrapje voorzien van 2 stopweerstanden R10 en R12 die ongewenste oscillaties vanwege de parasitaire transistorcapaciteiten zouden moeten voorkomen.

Beste forumleden,

Wat een interessant onderwerp. Na de bijdrage van Henri S ging een wereld open. Zo had ik een source- of emittorvolger nog nooit bekeken. Ik was altijd overtuigd dat die schakeling bijna nooit oscilleerneiging zou vertonen omdat de spanningsversterking kleiner dan 1 is. Doorgedreven theorie en de waargenomen feiten bewijzen het tegendeel. Gelijk wordt me duidelijk waarom een auteur stelt dat een echte emittorvolger zelden de enige goede oplossing brengt. Dat boek pleit voor de klassieke inverterende common emitter waar mogelijk.

Bedankt voor de verhelderende inzichten,

Eduard

Ook de bekende Mini-Whip van PA0RDT heeft een sourcevolger aan de ingang zitten, net als bijna alle actieve antennes met een spriet dat hebben. Evenals de Philips D2935-wereldontvanger dat ook heeft.
Dat zou ook heel gemakkelijk tot ongewenste oscillaties in de sourcevolgerschakeling kunnen leiden t.g.v. de zelfinductie en de eigen capaciteit van de sprietantenne die op de gate van de sourcevolger zit aangesloten.

Actieve antennes met een sourcevolger aan de ingang:

• "Actieve antenne voor 200 kHz tot 30 MHz" op http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hamblade…;
• "Actieve antenne's" op http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hamblade…. Deze heeft zelfs een afstemkring aan de ingang zitten, met daardoor een extra risico op parasitair oscilleren;
• "Actieve antenne voor 10 kHz...30 MHz van PA0JOZ"http://www.robkalmeijer.nl/techniek/electronica/radiotechniek/hamblade…;
• "Actieve antenne" op http://norbert.atwebpages.com/actant.htm;
• "Aktive magnetische Antennen" op http://www.transkommunikation.ch/dateien/schaltungen/diverse_schaltung….

Aan jou de schone taak de thread nog eens te lezen, en dan van al deze schakelingen aan te wijzen (je hoeft niet eens te rekenen) waarom ze niet aan de oscilleervoorwaarde voldoen.

Waarom voldoen deze hierbovengenoemde schakelingen niet aan de oscilleervoorwaarden? Toch zitten er parasitaire capaciteiten tussen de gate en de source van de sourcevolger FET en tussen de basis en de emitter van de daarop volgende BJT, waarvan de emitter d.m.v. een ontkoppelcondensator hoogfrequent aan massa ligt. Deze parasitaire capacitieve spanningsdeler maakt van de sourcevolger wel een ongewenste Colpitts-oscillator, zeker wanneer er aan de ingang een afstemkring zit, of een sprietantenne die resonant is op een bepaalde frequentie en de uitgang niet al te laagohmig belast wordt.

Het moraal van dit verhaal is dus om te voorkomen dat de sourcevolger oscilleert, er voor te zorgen dat de sourcevolger laagohmig belast wordt. Hetzij door de laagohmige ontvangeringang van 50 Ohm, of door de daaropvolgende BJT zodanig in te stellen dat er een grote Ic loopt, waardoor de ingangsimpedantie van de BJT ook laag is. Zi = hfe * re. De emitter ligt d.m.v. een ontkoppelcondensator HF-matig aan massa. Zi = hfe * (26/Ic). D.m.v. een hoogohmige spanningsdeler aan de gate van de sourcevolger kun je de gatespanning goed definiëren, zodat je daarmee ook de -Ugs en de Id van deze FET nauwkeuriger in kunt stellen.

Ook het plaatsen van twee stopweerstanden van 100 à 220 Ohm helpt om te voorkomen dat de sourcevolger gaat oscilleren. Eentje tussen de antenne cq. afstemkring en de gate en nog eentje tussen de source en de basis van de daaropvolgende BJT. Indien je de sourcevolger rechtstreeks op de laagohmige antenne-ingang van de ontvanger aansluit, plaats je daartussen een stopweerstandje van 22 à 47 Ohm om de uitgang goed aan te passen aan de ingangsimpedantie van de ontvanger, waarde van dit stopweerstandje is afhankelijk van de inwendige sourceweerstand van de sourcevolger.

Elektuur publiceerde in maart 1981 een midden- en kortegolfsuperhet (Zonnecelontvanger) die een emittervolger als ingangstrap heeft, met als voordeel dat vanwege de hogere ingangsimpedantie er geen spoelen nodig zijn met aftakkingen/koppelwindingen. Om parasitaire oscillaties t.g.v. strooicapaciteiten tussen basis-emitter T1 en emitter T1-massa (capacitieve driepuntsoscillator) te voorkomen, waarbij de ingangskring voor ongewenste oscillatorkring gaat spelen, zit er aan de basis van deze trap een stopweerstand van 1k (R1) en aan de emitter een stopweerstand van 100 Ohm (R2) naar de ingang van de mengtrap. Een stopweerstand van 1k aan de basis van een emittervolger is best wel grote waarde voor zo'n weerstand. Normaal gesproken hebben zulke weerstanden een waarde van tussen de 47 en 470 Ohm.

Ingangstrap zonnecelontvanger uit Elektuur maart 1981:

[Bericht gewijzigd door dawmast op vrijdag 4 augustus 2017 09:57:56 (12%)]

Hi dawmast,

Eigenlijk is het een beetje dubbelop, meestal heb je maar één weerstand nodig in een van de nodes, en de basis weerstand van rond de 100Ω is bijna altijd voldoende.

1K zoals hier is de basis vind ik ook vreemd...
Ik ken het schema verder niet en zie ook niet wat er aan de emittor hangt, maar als de emittor erg laag Óhmig belast kan gaan worden kan ik de 100Ω extra in de emittor wel begrijpen.

Groet,
Blackdog

Hieronder het schema van het ontvangerdeelte van deze Elektuur-zonnecelontvanger.

Normaal zou een stopweerstandje van 100 Ohm voldoende moeten zijn wanneer er geen afstemkring op de emittervolger zit aangesloten, maar wanneer je een afstemkring op een emittervolger aansluit, kun je beter voor het stopweerstandje aan de basis een relatief hogere waarde van 470 Ohm of 1 k nemen. Voordeel van zo'n relatief hoge waarde is dat je parasitaire oscillaties dan te allen tijde uit kunt sluiten, nadeel is dan wel dat deze weerstand samen met de inwendige transistorcapaciteiten als een laagdoorlaatfilter werkt die hogere frequenties verzwakt.

Die weerstand R2 van 100 Ohm heeft als taak om te voorkomen dat het signaal vanuit de Local Oscillator rondom de emitter-gekoppelde oscillator T2/T3 via C13 van 100 pF weglekt naar de emitter van T1. Dit signaal wordt samen met het ingangssignaal op de basis van de mengtrap T2 gezet.

Schema zonnecelontvanger:

[Bericht gewijzigd door dawmast op vrijdag 4 augustus 2017 14:09:06 (14%)]

Wat ook helpt om te voorkomen dat een source- of emittervolger ongewenst gaat oscilleren, is het door hem d.m.v. een capacitieve spanningsdeler op een afstemkring aan te sluiten. Deze spanningsdeler werkt als een verzwakker, waardoor de rondgaande versterkingsfactor van een volger een stuk kleiner wordt dan 1 en er daardoor niet meer aan de oscilleervoorwaarde wordt voldaan.

Het nadeel van stopweerstanden tussen de afstemkring en de basis/source, is dat die in serie staan met de capaciteit tussen de basis-collector, dan wel tussen de source-drain. Waardoor de Q van de kring lager wordt.

Bespreking onderstaande schema van een HF-bufferversterker:

Een andere manier om van ongewenste oscillaties van een source- of emittervolger af te komen, is door het signaal vanaf de collector van Q1 af te halen, i.p.v. vanaf de emitter. R2 en R1 hebben dezelfde waarde, waardoor de versterkingsfactor van deze schakeling 1 is. Omdat de emitter van Q1 niet meer capacitief belast wordt, is de kans op ongewenste oscillaties een stuk kleiner. Q2 past de lage belastingsimpedantie aan aan de collectorimpedantie van Q1 welke door R1 van 1k bepaald wordt. C3 en R6 voorzien in bootstrapping om de ingangsimpedantie van deze buffertrap te verhogen. Bootstrapping is alleen effectief op de lange en de middengolf. Het enige nadeel van deze buffertrap met Q1 is de Miller-capaciteit tussen de collector en de basis van Q1, waardoor de bandbreedte van deze trap beperkt wordt. Met een BC549C is deze schakeling bruikbaar tot ongeveer 10 MHz.

Getekend met Scheme-IT.

Hi Dawmast,

Je begint om een 100Ω weerstand in de basis op te nemen van de emittor volger.
En dan is het ook zinning om zoiet als 47 tot 100Ω in serie met de condensator C1 op te nemen.

Dan nog ene tip, die onzinnig lijkt maar die serie weerstand moet dan direct aan de emittor komen en dan pas de condensator.
Emittor volgers zijn bijna altijd stil als je de "Q" uit twee van de drie poorten hebt gehaald en hier is dat volgens mijn voorstel de basis en de emittor.
Verder zou ik de stroom wat hoger maken door Q2 door R5 naar naar 3K9 te brengen vooral bij hogere frequenties.

Groet,
Bram

Bedankt voor deze tips. Gaat een emittervolger dan minder goed functioneren op hogere frequenties wanneer de stroom door deze schakeling te laag is en hoe hoog moet die wezen?

Op 28 oktober 2019 14:12:02 schreef blackdog:
Dan nog ene tip, die onzinnig lijkt maar die serie weerstand moet dan direct aan de emittor komen en dan pas de condensator.

Nu maak je me wel nieuwsgierig. Op papier zou dat niet uitmaken; wat maakt in de praktijk het verschil?

Van een fysiek grote condensator kan ik me voorstellen dat hij wat meer 'strooit' naar de omgeving, zodat de weerstand er beter vóór kan.
e: (hieronder) Ah, inderdaad dus!

Hi dawmast,

Natuurlijk word de stroomversterking minder hoe hoger de frequentie word, maar er speel ook mee dat de totale capacitijd
die de emittorvolger ziet ook geladen/ontladen kan worden.

Het ontladen wordt door de emittor weerstand gedaan en de stroom daar is altijd lager dan die door de collector/emittor kan lopen.

Een voorbeeldje hiervan kan je zien in een van mijn versteker ontwerpjes waarbij ik een HiFi voorversterker laat zien die met 3nF aan de uitgang wordt belast bij een blokgolf van 10KHz.

Het is de post van 13:44, plaatjes met de dubbel getriggerde flanken, je kan zien dat het mis gaat bij een van de plaatjes
Met een flinke ondershoot als de versterker snelle signalen krijgt toegevoerd.
Bij jouw en andere emittor volgers treed het zelfde op, asymetrich gedrag door de beperkte stroom die voorhanden is door de emittor weerstand.
https://www.circuitsonline.net/forum/view/146466/last

Groet,
Bram

Hi,

Frederick E. Terman, je schat het direct goed in
Bij de voorgestelde transistoren zal het niet snel een probleem zijn, maar bij "echte"hf trnasistoren kan dit wel zo zijn, vooral bij hobby projecten die geen nette printopbouw kennen.

Groet,
Bram