GaAs-Fets bei kleinen Frequenzen 10 kHz-x00 MHz...

[Leo Baumann]

Am 30.01.2022 um 11:52 schrieb Carla Schneider:

Das wird doch im Datenblatt gar nicht angegeben weil das ausserhalb
des Anwendungsbereichs liegt.
Oder hast du das gemessen ?

Das ist ein HF-Transistor, der hat starkes 1/f-Rauschen bis 50 oder 100 MHz.

Frage Gerhard Hoffmann.

 

[Leo Baumann]

Am 30.01.2022 um 00:23 schrieb Leo Baumann:

Der 2SK2394 ist mehr geeignet und verfügbar ...

Der hat glaube ich 2 nV/sqrt(Hz), wenn ich mich nicht verrechnet habe,
jedenfalols NF=1 dB

www.leobaumann.de/newsgroups/Noise_Figure.pdf

 

[Marte Schwarz]

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Wer HF machen will, der bevorzugt kleine Kapazitäten und damit auch
kleine Strukturen. Die rauschen aber entsprechend mehr, vor allem bei
kleinen Frequenzen. Nicht umsonst machen die Hifi-Fetischisten in ihre
Eingangsstufen dutzende Transistoren parallel, um die immer zu kleinen
Strukturen dadurch größer zu machen.

Merke, es geht entweder schnell oder rauscharm bei 1/f aber niemals
beides gemeinsam.

Marte

 

[Carla Schneider]

Marte Schwarz wrote:

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Wer HF machen will, der bevorzugt kleine Kapazitäten und damit auch
kleine Strukturen. Die rauschen aber entsprechend mehr, vor allem bei
kleinen Frequenzen. Nicht umsonst machen die Hifi-Fetischisten in ihre
Eingangsstufen dutzende Transistoren parallel, um die immer zu kleinen
Strukturen dadurch größer zu machen.

Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross hat man nur
die haelfte der Spannung.

Merke, es geht entweder schnell oder rauscharm bei 1/f aber niemals
beides gemeinsam.

Das haengt davon ab ab welcher Frequenz denn das 1/f Rauschen kleiner wird
als das normale Temperaturrauschen.

 

[Carla Schneider]

Gerhard Hoffmann wrote:

Am 30.01.22 um 01:33 schrieb Carla Schneider:

Aber wenn es sowieso egal ist welchen man nimmt, koennte ich genausogut den hier nehmen:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/BF256B_ON.pdf
oder den hier der ein ausfuehrlicheres Datenblatt hat:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/MMBFJ202.pdf

Der Vorteil der GaAs FETs waere dass sie mit niedrigeren Spannungen
auskommen.

3V Vds ist für einen JFET allemal genug.

Man braucht auch noch zusaetzlich Spannung fuer den Widerstand der negative
Vorspannung des Gate erzeugt.

Sinnvoller als kleine Signale im Rauschen eines viel zu winzigem
FET zu ersäufen wäre erst mal, den Millereffekt wegzumachen,
weil er Cdg um den Faktor der Spannungsverstärkung der Stufe
größer macht.

Die Gate Drain Kapazitaet ist normalerweise sehr klein.
Die Spannungverstaerkung des FET fuer ein Kondensatormikrophon ist
auch klein, es geht da eigentlich nur um die Impedanzwandlung.

Stichwort: Cascode aka MillerKiller.

 

[Marte Schwarz]

Hallo Carla,

Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross hat man nur
die haelfte der Spannung.

Das ist nur bedingt so. man Transimpedanzverstärker.

Merke, es geht entweder schnell oder rauscharm bei 1/f aber niemals
beides gemeinsam.

Das haengt davon ab ab welcher Frequenz denn das 1/f Rauschen kleiner wird
als das normale Temperaturrauschen.

Das hängt nicht zuletzt auch davon ab, wie hoch Dein Grundrauschen ist.
Je höher das liegt, desto tiefer liegt der Einstieg in die 1/f Kurve.

Marte

 

[Bernd Mayer]

Am 31.01.22 um 11:33 schrieb Carla Schneider:

Marte Schwarz wrote:

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Wer HF machen will, der bevorzugt kleine Kapazitäten und damit auch
kleine Strukturen. Die rauschen aber entsprechend mehr, vor allem bei
kleinen Frequenzen. Nicht umsonst machen die Hifi-Fetischisten in ihre
Eingangsstufen dutzende Transistoren parallel, um die immer zu kleinen
Strukturen dadurch größer zu machen.

Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross hat man nur
die haelfte der Spannung.

Hallo,

hast Du denn Werte parat wie hoch die Kapazität des konkreten
Kondensatormikrofons ist?

https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatormikrofon

\"Beim Kondensatormikrofon ist eine wenige Mikrometer dünne, elektrisch
leitfähige Membran dicht vor einer – aus akustischen Gründen oft
gelochten – Metallplatte elektrisch isoliert angebracht. Technisch
betrachtet ist diese Anordnung ein Plattenkondensator mit
Luft-Dielektrikum, der eine elektrische Kapazität C von 4 pF
(1⁄8″-Kapsel) bis max. 100 pF (1″-Kapsel)
besitzt.\"


Bernd Mayer

 

[Bernd Mayer]

Am 30.01.22 um 14:40 schrieb Gerhard Hoffmann:

Am 30.01.22 um 01:33 schrieb Carla Schneider:

Aber wenn es sowieso egal ist welchen man nimmt, koennte ich
genausogut den hier nehmen:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/BF256B_ON.pdf
oder den hier der ein ausfuehrlicheres Datenblatt hat:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/MMBFJ202.pdf

Der Vorteil der GaAs FETs waere dass sie mit niedrigeren Spannungen
auskommen.

3V Vds ist für einen JFET allemal genug.

Sinnvoller als kleine Signale im Rauschen eines viel zu winzigem
FET zu ersäufen wäre erst mal, den Millereffekt wegzumachen,
weil er Cdg um den Faktor der Spannungsverstärkung der Stufe
größer macht.

Stichwort: Cascode aka MillerKiller.

Hallo,

ja - Kaskodeschaltung ist Trumpf!

Die Eingangskapazität ist abhängig von der Betriebsspannung.
Bei hohen Gate-Source-Spannungen ist die geringer.


Bernd Mayer

 

[Bernd Mayer]

Am 30.01.22 um 14:55 schrieb Gerhard Hoffmann:

Am 30.01.22 um 14:39 schrieb Bernd Mayer:

Ich hatte sogar ein empfindliches Oszilloskop da konnte ich das
Rauschen eines 100 kOhm-Widerstandes bei IIRC 100 kHz Bandbreite
direkt auf dem Oszilloskop sehen ohne vorige Verstärkung!

Ich habe gerade einen Verstärker auf dem Tisch mit 70 pV/rtHz.
Es ist ein Ableger des Verstärkers für Bändchenmikrofone aus
ArtOfElectronics ed. 3.

Da nehme ich einen 6 Ohm-Widerstand als Rauschnormal. Der
Verstärker liegt deutlich darunter. Er ist single-ended.
Das erspart 48 Transistoren auf Kosten eines unschönen
Eingangskondensators. Aber die meisten Signalquellen
haben sowieso einen DC-Anteil.

  https://www.flickr.com/photos/137684711@N07/45141749941/in/datetaken/ 

Gerhard

Hallo

beeindruckend!

Das kommt wohl der Grenze des physikalisch Möglichen recht nahe - oder?

AoE habe ich gerade nicht parat - was wird da als verstärkendes Element
genutzt?


Bernd Mayer

 

[Rolf Bombach]

Carla Schneider schrieb:

Leo Baumann wrote:

Am 30.01.2022 um 01:33 schrieb Carla Schneider:
Leider gibts zu dem kein Datenblatt.

Doch, hier: www.leobaumann.de/newsgroups/2SK2394CP6.pdf


Aber wenn es sowieso egal ist welchen man nimmt, koennte ich genausogut den hier nehmen:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/BF256B_ON.pdf
oder den hier der ein ausfuehrlicheres Datenblatt hat:
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/MMBFJ202.pdf

Der Vorteil der GaAs FETs waere dass sie mit niedrigeren Spannungen
auskommen.

GaAs-Fets haben für Deine Anwendung ein zu großes 1/f-Rauschen ....

Das wird doch im Datenblatt gar nicht angegeben weil das ausserhalb
des Anwendungsbereichs liegt.
Oder hast du das gemessen ?

In alten Datenblättern ist es implizit angegeben. Oben etwa beim MMBFJ202
in Figure 6. Generell bei tiefen Frequenzen und kleinen Impedanzen keinen
Fet nehmen. Je nach Lage auch mal über einen Trafo nachdenken.

--
mfg Rolf Bombach

 

[Gerhard Hoffmann]

Am 31.01.22 um 15:49 schrieb Bernd Mayer:

Das kommt wohl der Grenze des physikalisch Möglichen recht nahe - oder?

AoE habe ich gerade nicht parat - was wird da als verstärkendes Element
genutzt?

Man tauscht halt weniger Spannungsrauschen gegen mehr
Stromrauschen. Das bringt einen nur weiter, wenn der
Quellwiderstand sehr klein ist weil der Rauschstrom
am externen Quellwiderstand einen Spannungsabfall veruracht.

Aber wenn der Quellwiderstand nicht sehr klein ist, dann
verdeckt sein thermisches Rauschen das Nutzsignal sowieso.
Das thermische Rauschen eines 6-Ohm-Widerstandes ist > 10 dB
über dem Eigenrauschen des Verstärkers.

Das sind ganz vorne 16*ZTX851, oder ZTX951 pnp, oder die SMD-Versionen
davon. Ex Zetex, jetzt Diodes, inc.
Trotz des kleinen Gehäuses sind das recht kräftige Transistoren
mit wenig Rbb, leider etwas lahm.

Die Eingangskondensatoren müssen viel größer sein als es die
untere Grenzfrequenz erfordert.

Gerhard.

 

[Gerhard Hoffmann]

Am 31.01.22 um 11:44 schrieb Carla Schneider:

Gerhard Hoffmann wrote:

3V Vds ist für einen JFET allemal genug.
Man braucht auch noch zusaetzlich Spannung fuer den Widerstand der negative
Vorspannung des Gate erzeugt.

Arbeitspunkteinstellung mit einem Sourcewiderstand will man hier
möglichst vermeiden. Entweder bekommt man noch eine extra
Dröhnung Rauschen ( 60 Ohm == 1nV/rt Hz, 240Ohm=2 nV/rtHz)
oder man braucht einen gigantischen Elko an der Source.

Sinnvoller als kleine Signale im Rauschen eines viel zu winzigem
FET zu ersäufen wäre erst mal, den Millereffekt wegzumachen,
weil er Cdg um den Faktor der Spannungsverstärkung der Stufe
größer macht.

Die Gate Drain Kapazitaet ist normalerweise sehr klein.
Die Spannungverstaerkung des FET fuer ein Kondensatormikrophon ist
auch klein, es geht da eigentlich nur um die Impedanzwandlung.

Wenn das Signal schon im Rauschen liegt, dann braucht man
Verstärkung, sonst kommt die 2. Stufe noch als Problem dazu.

Speziell für die Vorspannungserzeugung kann man von Vishay diese
LED-Photodiodenkombinationen benutzen.


Gerhard

 

[Carla Schneider]

Gerhard Hoffmann wrote:

Am 31.01.22 um 11:44 schrieb Carla Schneider:
Gerhard Hoffmann wrote:

3V Vds ist für einen JFET allemal genug.
Man braucht auch noch zusaetzlich Spannung fuer den Widerstand der negative
Vorspannung des Gate erzeugt.

Arbeitspunkteinstellung mit einem Sourcewiderstand will man hier
möglichst vermeiden. Entweder bekommt man noch eine extra
Dröhnung Rauschen ( 60 Ohm == 1nV/rt Hz, 240Ohm=2 nV/rtHz)
oder man braucht einen gigantischen Elko an der Source.

Man sollte das immer im Vergleich zum Waermerauschen der Kapazitaet
im Kondensatormikrophon betrachten:

https://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmerauschen

Sinnvoller als kleine Signale im Rauschen eines viel zu winzigem
FET zu ersäufen wäre erst mal, den Millereffekt wegzumachen,
weil er Cdg um den Faktor der Spannungsverstärkung der Stufe
größer macht.

Die Gate Drain Kapazitaet ist normalerweise sehr klein.
Die Spannungverstaerkung des FET fuer ein Kondensatormikrophon ist
auch klein, es geht da eigentlich nur um die Impedanzwandlung.

Wenn das Signal schon im Rauschen liegt, dann braucht man
Verstärkung, sonst kommt die 2. Stufe noch als Problem dazu.

Es ging hier ja nur darum dass der Millereffekt keine Rolle spielt.
Leistungsverstaerkung hat man ja, nur eben keine Spannungsverstaerkung.

Speziell für die Vorspannungserzeugung kann man von Vishay diese
LED-Photodiodenkombinationen benutzen.

Interessant - nie davon gehoert, wie nennt sich denn dieses Bauelement ?

 

[Leo Baumann]

Am 31.01.2022 um 20:43 schrieb Gerhard Hoffmann:

Speziell für die Vorspannungserzeugung kann man von Vishay diese
LED-Photodiodenkombinationen benutzen.

An Stelle eines Sourcewiderstandes? Huh, was ist das für eine
LED-Photodiodenkombination? Steht das irgendwo?

Grüße

 

[Gerhard Hoffmann]

Am 01.02.22 um 01:24 schrieb Carla Schneider:

Gerhard Hoffmann wrote:

3V Vds ist für einen JFET allemal genug.
Man braucht auch noch zusaetzlich Spannung fuer den Widerstand der negative
Vorspannung des Gate erzeugt.

(viel gelöscht)

Speziell für die Vorspannungserzeugung kann man von Vishay diese
LED-Photodiodenkombinationen benutzen.

Interessant - nie davon gehoert, wie nennt sich denn dieses Bauelement ?

VOM1271T
VO1263AB Vishay Photodiode output optocoupler, Mouser

Wie man jetzt -0.5V ans Gate bekommt, das muss ich jetzt aber
nicht erklären?
Zum Heizen der LED kann man den Drainstrom mitverwenden.

Gerhard

 

[Roland Krause]

Am 29.01.22 um 01:06 schrieb Carla Schneider:

Leo Baumann wrote:

Hallo,

wie immer bin ich auf der Suche nach am Gate besonders hochohmigen Fets
mit besonders kleiner Eingangskapazität.-

Leider steht die bei denen die noch hergestellt werden gar nicht
im Datenblatt.
Ich suche z.B. einen JFET fuer Kondensatormikrophone (nicht Elektret).
Ich habe noch einen BF245 ... die werden aber nicht mehr hergestellt...



GaAs-Fets wie z. B. der CFY25, haben Daten die spezifiziert sind für
Frequenzen von 500 MHz bis 20 GHz.

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Die S-Parameter des CFY25 werden erst ab 500 MHz angegeben.

Vielleicht kann man ja die Kurve richtung 0MHz extrapolieren,
mit passendem Ersatzschaltbild.

Bei Reichelt gibt es \"J113\". Vielleicht wäre das was?
Ansonsten machen sich Röhren in solchen Mikrofonen gut, ECC88?

--
Roland - roland.krause9@freenet.de

 

[Carla Schneider]

Bernd Mayer wrote:

Am 31.01.22 um 11:33 schrieb Carla Schneider:
Marte Schwarz wrote:

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Wer HF machen will, der bevorzugt kleine Kapazitäten und damit auch
kleine Strukturen. Die rauschen aber entsprechend mehr, vor allem bei
kleinen Frequenzen. Nicht umsonst machen die Hifi-Fetischisten in ihre
Eingangsstufen dutzende Transistoren parallel, um die immer zu kleinen
Strukturen dadurch größer zu machen.

Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross hat man nur
die haelfte der Spannung.

Hallo,

hast Du denn Werte parat wie hoch die Kapazität des konkreten
Kondensatormikrofons ist?

Leider steht nichts dazu da, und wenn waere es vermutlich falsch:
https://de.aliexpress.com/item/1005002220690354.html

https://de.wikipedia.org/wiki/Kondensatormikrofon

\"Beim Kondensatormikrofon ist eine wenige Mikrometer dünne, elektrisch
leitfähige Membran dicht vor einer ? aus akustischen Gründen oft
gelochten ? Metallplatte elektrisch isoliert angebracht. Technisch
betrachtet ist diese Anordnung ein Plattenkondensator mit
Luft-Dielektrikum, der eine elektrische Kapazität C von 4 pF
(1?8?-Kapsel) bis max. 100 pF (1?-Kapsel)
besitzt.\"

Bernd Mayer

 

[Carla Schneider]

Roland Krause wrote:

Am 29.01.22 um 01:06 schrieb Carla Schneider:
Leo Baumann wrote:

Hallo,

wie immer bin ich auf der Suche nach am Gate besonders hochohmigen Fets
mit besonders kleiner Eingangskapazität.-

Leider steht die bei denen die noch hergestellt werden gar nicht
im Datenblatt.
Ich suche z.B. einen JFET fuer Kondensatormikrophone (nicht Elektret).
Ich habe noch einen BF245 ... die werden aber nicht mehr hergestellt...



GaAs-Fets wie z. B. der CFY25, haben Daten die spezifiziert sind für
Frequenzen von 500 MHz bis 20 GHz.

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Die S-Parameter des CFY25 werden erst ab 500 MHz angegeben.

Vielleicht kann man ja die Kurve richtung 0MHz extrapolieren,
mit passendem Ersatzschaltbild.


Bei Reichelt gibt es \"J113\". Vielleicht wäre das was?

https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/MMBFJ202.pdf
https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A100/2SK117_TOS.pdf
koennten noch besser geeignet sein.


> Ansonsten machen sich Röhren in solchen Mikrofonen gut, ECC88?
Sind die vom Rauschen her besser ?
Jedes Mikrophon erzeugt Rauschen durch die auftreffenden Luftmolekuele,
das ist allerdings um so kleiner je groesser die Membran ist.
Die Frage ist ob das Rauschen des Verstaerkers darueber oder darunter liegt.
Wie saehe es bei einer Hochfrequenz-Schaltung aus, z.B. den Mikrophonkondensator
in einem Oszillator als Schwingkreiskondensator verwenden und das so erzeugte FM Signal
demodulieren - wird das rauschaermer ?

--
Roland - roland.krause9@freenet.de

 

[Bernd Mayer]

Am 04.02.22 um 18:27 schrieb Carla Schneider:

Bernd Mayer wrote:

Am 31.01.22 um 11:33 schrieb Carla Schneider:
Marte Schwarz wrote:

Wie sieht das aus bei kleinen Frequenzen? Sind die GaAs-Fets da nicht
rauscharm?

Wer HF machen will, der bevorzugt kleine Kapazitäten und damit auch
kleine Strukturen. Die rauschen aber entsprechend mehr, vor allem bei
kleinen Frequenzen. Nicht umsonst machen die Hifi-Fetischisten in ihre
Eingangsstufen dutzende Transistoren parallel, um die immer zu kleinen
Strukturen dadurch größer zu machen.

Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross hat man nur
die haelfte der Spannung.

Hallo,

hast Du denn Werte parat wie hoch die Kapazität des konkreten
Kondensatormikrofons ist?

Leider steht nichts dazu da, und wenn waere es vermutlich falsch:
https://de.aliexpress.com/item/1005002220690354.html

Hallo,

aus der Membrangrösse kann man Rückschlüsse ziehen.

Ich überlege auch, ob man die Kapazität messen kann.


Bernd Mayer

 

[Bernd Mayer]

Am 04.02.22 um 20:22 schrieb Bernd Mayer:

Am 04.02.22 um 18:27 schrieb Carla Schneider:
Wobei allerdings die Eingangskapazitaet des Verstaerkers das Nutzsignal
abschwaecht bei einem Kondensatormikrophon. Ist sie genauso gross
hat man nur
die haelfte der Spannung.

hast Du denn Werte parat wie hoch die Kapazität des konkreten
Kondensatormikrofons ist?

Leider steht nichts dazu da, und wenn waere es vermutlich falsch:
https://de.aliexpress.com/item/1005002220690354.html

aus der Membrangrösse kann man Rückschlüsse ziehen.

Ich überlege auch, ob man die Kapazität messen kann.

Nachtrag:

Die Mikrofonkapsel hat 1 Zoll Durchmesser. Im Wikipediaartikel dazu wird
für eine Membran mit 1 Zoll Durchmesser 100pF als typischer Wert genannt.

Das hat Auswirkungen auf die Signaldämpfung beim Anschluß eines FET als
Impedanzwandler oder Verstärker entsprechend dessen Eingangskapazität.
Bei den üblichen Werten für FETs ist also die Signaldämpfung eher gering.

Weiterhin hat die Kapsel eine untere Grenzfrequenz von 70Hz. Das hat
Auswirkungen auf die Empfindlichkeit gegenüber 1/f-Rauschen. Bei
vernünftigen Bauteilen, etwa NF-FETs oder Opamps liegt das eher tiefer -
IIRC.

Falls das tatsächlich nur die Kondensatorkapsel ist, dann kann man die
Kapazität wohl mit einem Multimeter direkt messen. Leider ist da kein
Schaltbild dabei.

Wegen der Innenschaltung irritiert mich der Wert von 680 Ohm für die
Ausgangsimpedanz.

Ansonsten könnte man evtl. die Kapsel mit einem kleinen NF-Signal
ansteuern statt einem akustischen Signal und vor den Verstärker einen
kleinen Kondensator passend anschließen und über die Abschwächung die
Kapselkapazität bestimmen.

Wenn man den Wert hat, dann kann man entspannt dran gehen einen
optimalen Verstärker dafür zu entwickeln.


Bernd Mayer