Probleme mit Gilbert-Cell-Mischer...

[Stefan Heinzmann]

Nils Beyer schrieb:
[...]

ich habe in meiner Version der Schaltung eine Konstantstromquelle eingebaut
und alle Basen vorgespannt. Die obere Transistor-Reihe mehr vorgespannt als
die untere. Ich denke, das muss so sein, weil ja von den unteren Transistoren
ein verstärktes Signal ankommt, während in den oberen ja nur erst das zweite
Signal in seiner Ursprungsstärke ankommt.

Ich habe das schon einmal geschrieben, aber vielleicht ist es noch nicht
genug durchgesickert: Deine Art der Vorspannungserzeugung per Widerstand
an 5V ist keine gute Idee. Es mag zwar möglich sein, in der Simulation
die Widerstandswerte so hinzutunen, daß es funktioniert, aber Du wirst
damit in der realen (Breadboard-) Welt kein Glück haben.

Ich versuch mal zu erklären wieso:

Wenn Du eine einzelne Transistor-Verstärkerstufe hast mit dem Emitter
direkt an Masse, dann würde Deine Art der Vorspannungserzeugung
(Widerstand nach +5V) einen ziemlich genau definierten Basisstrom
vorgeben (Ohmsches Gesetz). Wenn aber der Emitter wie in der
Gilbert-Cell selber auf einem variablen Pegel liegt, dann schaffst Du
damit keine besonders gut definierten Verhältnisse. Könntest Du auch nur
annähernd abschätzen (ohne SPICE), wie groß der Basisstrom wäre oder auf
welchem Pegel der Emitter ungefähr sein würde? Vermutlich nicht.

Der Zweck der Vorspannung ist es, die Arbeitsbedingungen der
Transistoren in der Schaltung festzulegen. Also was ist der Ruhepegel
der Transistoranschlüsse und welche Ruheströme fließen in der Schaltung.
Wenn Deine Vorspannungserzeugung es Dir nicht erlaubt, diese Frage
ungefähr zu beantworten, dann taugt sie nichts. Diese Verhältnisse
sollten im Übrigen bei Temperaturänderungen oder Schwankungen in
Bauteilwerten eingigermaßen unverändert bleiben. Auch das erfährt man
nicht automatisch von SPICE.

Ein Test in der Simulation könnte z.B. sein, die Transistoren durch
einen anderen Typ zu ersetzen und zu probieren, wie stark sich dadurch
das Verhalten der Schaltung ändert. Wenn die Änderung dramatisch ist,
dann ist das ein Warnsignal.

Die Vorspannungserzeugung durch Spannungsteiler war ein Versuch, eine
robuste Schaltung zu erhalten, die auch bei Variationen der Parameter
noch funktioniert.

Das Interessante ist, dass, wenn ich die Konstantstromquelle rausnehme und
die beiden Emitter der unteren Transistoren direkt an Masse lege, zwar die
Schaltung auch funktioniert, sobald aber die Eingangssignal stärker werden,
z.B. jeweils 100mV, dann das Ausgangssignal regelrecht verzerrt wird.

Mit Konstantstromquelle hält sich das in Grenzen. Ich sehe die Konstantstrom-
quelle jetzt mal als sich selbst-einstellender Widerstand an, das macht die
Sache für leichter. ;-)

Deine Konstantstromquelle ist auch ziemlich abenteuerlich. Ich frage
mich, wie Du zur Dimensionierung der Widerstände gekommen bist...

Auf jeden Fall scheint meine Version der Schaltung irgendwie zu funktionieren,
so dass ich damit arbeiten kann. Jetzt versuche ich, diese Schaltung in ein
Symbol und Sub-Circuit zu pressen, damit ich in meinem "großen" Projekt nicht
die ganze Innenschaltung des Mixers habe.

Ich dachte Du willst die Schaltung "real" aufbauen, oder habe ich mich
da geirrt?

Stefan, da Du auf meine Mail nicht geantwortet hast, bitte ich Dich, in Zu-
kunft mit einem Schild herumzulaufen, auf dem steht, dass Du Stefan Heinz-
mann bist, so dass ich Dich in der Stadt erkennen kann und dann zum Bier
einladen kann. ;-)))) Ist'n Witz, mach' das bloß nicht. ;-))))

Ich denke darauf hatte ich schon geantwortet... (Außerdem weißt Du ja
nicht in welcher Stadt ich herumlaufe, oder?)

--
Cheers
Stefan

 

[Nils Beyer]

"Stefan Heinzmann" <stefan_heinzmann@yahoo.com> schrieb im Newsbeitrag news:c98fhu$obs$03$1@news.t-online.com...

Die Vorspannungserzeugung durch Spannungsteiler war ein Versuch, eine
robuste Schaltung zu erhalten, die auch bei Variationen der Parameter
noch funktioniert.

Ok, hat also was mit Spannungsstabilisierung zu tun, z.B. sowas:

V+ V+
O O
| |
.-. .-. |
| | | | |
'-' '-' |
| | | /
.-------o ----O----|<
| | | | >
.-. | .-. |
| | | | | |
'-' | oder '-' |
| | / |
--o----|> ---
| >


Ich habe jetzt noch 'ne Version meiner Schaltung diesem Posting angehängt.
Wie schaut's jetzt aus?

Glaube, dass es Zeit wird, dass ich ein wenig mit dem Ohm'schen Gesetz und
den Kirchhoff'schen Knotenregeln übe.

Dass in dieser Widerstandskette ein Strom fließt ist klar: I = 5V / Rges
Und dass der Transistor sich dann generell ca. 600mV abzwackt ist mir auch klar.

Dann kann ja eigentlich die Stärke der "Vorspannung" nur noch daraus bestehen,
mit einem Widerstand von der Widerstandskette ausgehend den Basisstrom zu
begrenzen und so halt die Spannung am Kollektor zu regeln.

Deine Konstantstromquelle ist auch ziemlich abenteuerlich. Ich frage
mich, wie Du zur Dimensionierung der Widerstände gekommen bist...

Rumprobiert. Solange bis ich 2mA hatte und die untersten Transistoren nicht
allzusehr belastet wurden.

Auf jeden Fall scheint meine Version der Schaltung irgendwie zu funktionieren,
so dass ich damit arbeiten kann. Jetzt versuche ich, diese Schaltung in ein
Symbol und Sub-Circuit zu pressen, damit ich in meinem "großen" Projekt nicht
die ganze Innenschaltung des Mixers habe.

Ich dachte Du willst die Schaltung "real" aufbauen, oder habe ich mich
da geirrt?

Nein, Du irrst nicht. Ich möchte diese Schaltung für ein Radio verwenden. Nur
möchte ich vorher erst das komplette Radio erstmal simulieren bevor ich mich
ans Löten, Stecken oder sonst was mache.

Stefan, da Du auf meine Mail nicht geantwortet hast, bitte ich Dich, in Zu-
kunft mit einem Schild herumzulaufen, auf dem steht, dass Du Stefan Heinz-
mann bist, so dass ich Dich in der Stadt erkennen kann und dann zum Bier
einladen kann. ;-)))) Ist'n Witz, mach' das bloß nicht. ;-))))

Ich denke darauf hatte ich schon geantwortet... (Außerdem weißt Du ja
nicht in welcher Stadt ich herumlaufe, oder?)

Ok, hast gewonnen. ;-))


Grüße,
Nils



Version 4
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[Stefan Heinzmann]

Nils Beyer schrieb:

"Stefan Heinzmann" <stefan_heinzmann@yahoo.com> schrieb im Newsbeitrag news:c98fhu$obs$03$1@news.t-online.com...

[...]
Ich habe jetzt noch 'ne Version meiner Schaltung diesem Posting angehängt.
Wie schaut's jetzt aus?

Gut. Zur Stromquelle siehe aber unten.

Glaube, dass es Zeit wird, dass ich ein wenig mit dem Ohm'schen Gesetz und
den Kirchhoff'schen Knotenregeln übe.

Auf jeden Fall. Das ist das Basis-Handwerkszeug des Elektronikers.

Dass in dieser Widerstandskette ein Strom fließt ist klar: I = 5V / Rges
Und dass der Transistor sich dann generell ca. 600mV abzwackt ist mir auch klar.

Dann kann ja eigentlich die Stärke der "Vorspannung" nur noch daraus bestehen,
mit einem Widerstand von der Widerstandskette ausgehend den Basisstrom zu
begrenzen und so halt die Spannung am Kollektor zu regeln.

Vorsicht: Die Spannung am Kollektor wird dadurch allenfalls indirekt
festgelegt. Im Fall von Q6 z.B. ergibt sich die Kollektorspannung aus
der Vorspannung der Transistoren darüber, also Q3 und Q5. Deren
Emitterspannung liegt um 600mV unter der Basisvorspannung, also ist das
die Kollektorspannung von Q6.

In einer Schaltung, in der die Transistoren "linear" betrieben werden
(also nie ganz "aus oder an" sind), kann man in erster Näherung die
Basis-Emitterspannung mit etwa 600-700mV annehmen, und den
Kollektorstrom mit dem Hundertfachen des Basisstroms. Das gibt schon mal
einige Basiswerte für die weitere Analyse, von denen aus man dann (durch
Anwendung der Kirchhoffschen Regeln und Ohmschem Gesetz) weitere Werte
gewinnen kann.

Deine Konstantstromquelle ist auch ziemlich abenteuerlich. Ich frage
mich, wie Du zur Dimensionierung der Widerstände gekommen bist...


Rumprobiert. Solange bis ich 2mA hatte und die untersten Transistoren nicht
allzusehr belastet wurden.

Habe ich vermutet ;-)

Die von Dir gewählte Schaltung heißt Widlar-Stromspiegel (nach dem
legendären IC-Designer Bob Widlar). Die Stabilität Stromquelle hängt
leider davon ab, wie gut die beiden Transistoren in ihren Daten
übereinstimmen. Das ist folglich eine gute Variante für die Integration
auf einem Chip, aber nicht mit separaten Transistoren, die aus
verschiedenen Produktionslosen kommen können und verschiedene
Temparaturen haben können.

In der Praxis braucht man bei diskreten Transistoren an /beiden/
Emittern je einen Widerstand, über den im Betrieb je nach
Stabilitätsanforderungen mindestens ca. 50mV abfallen sollten (je mehr
je stabiler). Für die Dimensionierung braucht man dann auch nicht
rumprobieren, sondern kann die Werte einfach ausrechnen.

Deine neue Variante hat gar keinen Emitterwiderstand mehr, für sie gilt
die gleiche Argumentation: Nur wenn die Transistoren auf dem gleichen
Chip sind.

Auf jeden Fall scheint meine Version der Schaltung irgendwie zu funktionieren,
so dass ich damit arbeiten kann. Jetzt versuche ich, diese Schaltung in ein
Symbol und Sub-Circuit zu pressen, damit ich in meinem "großen" Projekt nicht
die ganze Innenschaltung des Mixers habe.

Ich dachte Du willst die Schaltung "real" aufbauen, oder habe ich mich
da geirrt?


Nein, Du irrst nicht. Ich möchte diese Schaltung für ein Radio verwenden. Nur
möchte ich vorher erst das komplette Radio erstmal simulieren bevor ich mich
ans Löten, Stecken oder sonst was mache.

Wie Du aus der Diskussion um die Stromquelle siehst, gibt's beim
Übergang von SPICE auf Breadboard einige Fallstricke, so daß ein als
funktionierend simulierter Schaltkreis in der Realität völlig
unbrauchbar sein kann. Das heißt nicht, daß SPICE Mist ist, sondern nur
daß es keine Antworten gibt nach denen man nicht gefragt hat. Wie z.B.
die Empfindlichkeit der Schaltung auf Temperaturänderungen, Toleranzen
der Bauteilwerte, Einstrahlung von Störungen, Wärmeentwicklung usw.

Da Du die Schaltung für's Radio verwenden willst wirst Du sehr
wahrscheinlich mit Frequenzen im MHz-Bereich zu tun haben (wenn's nicht
gerade Langwelle sein soll). Da wirst Du schnell feststellen, daß die
Art des Aufbaus selber einen großen Einfluß auf die Funktion der
Schaltung hat. Das macht z.B. das Steckbrett unattraktiv, weil die
Koppelkapazitäten in der Regel zu groß werden. Schaltungen, die
schwingen sollen, schwingen nicht oder mit falscher Frequenz, und
Schaltungen die nicht schwingen sollen tun's trotzdem.

Im "oberen" MHz-Bereich ist sogar ein einfaches Stück Draht gleichzeitig
ein Widerstand, ein Kondensator, eine Spule und eine Antenne. Bei 100MHz
wirkt ein einziges pF Kapazität wie ein 1,6kOhm-Widerstand. Dein
Prototyp-Aufbau muß dem Rechnung tragen.

--
Cheers
Stefan