Diskret BiFET OP i DIL28-kapsel

[lillahuset]

Att du ids!!!??? Men du lär dig säkert väldigt mycket. Jag är motvilligt imponerad.

Men, kollektorströmmen i T3 borde väl bli 4~5mA?

[Spisblinkaren]

Tack, roligt med lite input

Tycker annars det inte händer så mycket här (kanske man ska emmigrera ).

Ja, det är lite problem med konsensus där.

I en annan tråd konstruerade och byggde jag en mätförstärkare/effektförstärkare.

Då var jag faktiskt tvungen att gå upp till 220R som R1 för att få 2mA (betyder en emitterpotential runt 0,4V).

Jag tycker dock att emitterpotentialen ska vara 1,6-2Vbe=1,6-1,4=0,2V.

Men det tyckte inte IRL

För T4 räknar jag sedan med just Vbe=0,7 men vis av IRL kommer det inte stämma.

Så jag tror att ett lämpligare motståndsvärde för R6 är nånstans 560R.

För då har du ju (1,8-1,2)/560~1mA om Vbe korrigeras till 0,6V.

MVH/Roger
PS
Jag mäter dock ganska konsekvent Vbe=0,7V...

[Magnus_K]

Har som vanligt inte kunskapen att hjälpa dig med det elektroniska men helt klart en kul idé!
Hade för mig att du inte var så mycket för SMD men var tvungen att fråga.

Om du också försöker lägga ett par motstånd i hålen i adaptern så borde den ju gå att få ganska låg också. Det går inte ner en TO-92:a där va?

Nja, det här ska bli roligt att följa! Lycka till!

[Spisblinkaren]

Kanonbra ide', tack!

Man kanske kan nyttja båda sidorna av PCB för det blir väl en viss distans neråt också?

Så om man löder PCB högt upp på adapterns ben så får man kanske plats med lite komponenter (läs hålisar ) under kortet också.

Då borde jag definitivt få plats, eller vad tror du?

MVH/Roger
PS
Av dels estetiska skäl dels praktiska skäl (som mätbarhet) skulle jag då vilja lägga alla TO92 (inkl LED) överst och alla motstånd underst.

[Spisblinkaren]

Uppdaterat KOP Layout lite.

Strömbegransande Rx blir optionell och externt "programmerbar" (för vill man ha maximalt sving skall den vara noll, skyddande bör den vara 100 Ohm med ett spänningstapp om 1V vilket man inte riktigt har råd med vid batterimatning som är önskvärt fungerandes ner till 6V).

All "programmering" sker nu via dom låga pinnarna, I/O via dom höga pinnarna.

Har klurat en del på Darlington vs JFET som difftrissor.

Här kommer en sammanfattning av hur de förstärker spänning:

\(|Av(BJT)| \approx \frac{hfe*Rc}{Rs+hie+hfe*Re}...[1]\)

\(|Av(FET, Tubes)| \approx \frac{\mu*Rd}{rp+Rd+\mu*Rs}...[2]\)

Om man tittar på 1 och mina kära Darlington så kan man visa att Av blir Rc/Re redan för rätt små Re (ty hfe mycket stor) men detta resonemang är avhängigt Rs dvs ingångarnas drivning resistivt detta samtidigt som jag har räknat ut att om Rs~5k (och >> hie) så räcker Re=2 Ohm för att Rc/Re ska gälla.

Detta ger en maxförstärkning i min OP's diffsteg på 1k8/2=900 (AvDM/2).

Så förstärkningen i diffsteget blir ganska hög under dessa förutsättningar.

Nackdelen är bara att återkopplingen (Beta) måste innehålla relativt små motståndsvärden, fördelen har jag fått lära mig är lågt 1/f-brus som dock inte är min ambition

Om vi då går över till mina kära JFET istället (2) händer rätt roliga saker.

1) Ingångsresistansen är i det närmaste oändlig (Darlington är dock bra på detta också mycket tack vare strömgenerator).
2) Bias-strömmen är i det närmaste 0, dvs Beta kan anta vilka motståndsvärden som helst.
3) Det finns ingen motsvarighet till Rs (BJT) i Av för FET varför Av blir oberoende av källresistans.
4) Sist men faktiskt inte minst, i min värld, förstärkningen blir kraftigt begränsad (man höjer den istället optionellt vid VAS).

Förstärkningen i min applikation blir alltså:

\(Av \approx \frac{150*1k8}{50k+1k8+150*Rs}\)

Som om Rs=0, vilket är lämpligt i detta fallet, så blir förstärkningen endast 5.

För skoj skull tittar vi även på vad VAS kan ge i dom olika fallen där Re finns respektive är dynamiskt kortsluten.

Re=400, hfe*Re>>Rs+hie:

\(Av \approx Rc/Re=5k6/400=14\)

Re=0, Rs~1k8 (dvs diffstegets utgångsresistans):

\(Av \approx \frac{30000*5k6}{1k8+hie}\)

där vi kanske kan sätta hie till 1k2 och får då en förstärkning på 56000.

Dvs, jag kan sätta allt mellan 14 och 56000 som förstärkning hos VAS mha RC-kombinationen R9C2.

Som minst får jag alltså en råförstärkning (med JFET) på 5*14=70 vilket ju är härligt lågt

MVH/Roger
PS
R1 behöver sitta på ovansidan för den behöver trimmas map arbetspunkt hos speciellt VAS.

[Spisblinkaren]

Vet ju inte om jag får plats så jag har hittat lite roliga SOT23 transistorer på Mouser Electronics:

1) BCV46/47 är en Faichild Semiconductors PNP/NPN Darlington
2) 2SK879 är en Toshiba N-kanal JFET som ser fin ut (suffix O måste jag ha med nuvarande design).
3) BC846/856 är en NXP (f.d Philips) BJT som får ersätta BC546B/556B (verkar som man kan få dom med suffix B så hfe blir samma)

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Nu har jag provbyggt min BiFET-OP.

Förstärkningen (F) blev så låg att den inte ens orkar dra bias ut rätt så jag får 4,7V ut isf 4,5V vid 9V matning.

När jag sen kopplade den för 1/B=11 får jag bara 5,5ggr ut

Uppmätning av F ger 12ggr.

Så jag har alltså bara 12ggr's råförstärkning (F).

Räknade som sagt med 70.

Jag blev dock tvungen att halvera R7 pga utgångsbias, så där finns bara 2k7/390=7 i förstärkning dvs endast knappt 2 i förstärkning finns hos diffsteget

Okompenserad råförstärkning "måste" kunna dra utgångsbias rätt (dvs till Vcc/2) så jag måste trimma DC-förstärkningen något.

Detta är ganska lätt.

Diffstegets förstärkning rår jag inte på (tydligen är rp mycket större än beräknat, tror jag).

VAS kan dock fixas.

Observera dock att det är Rc/Re som bestämmer förstärkningen och det spelar ingen roll vilka motståndsvärden jag väljer för förhållandet blir detsamma dvs 5,2V/0,6V i nuläget.

Enda sättet är faktiskt att försöka minska ner emitterpotentialen ytterligare.

Jag kan göra detta genom att trimma R1 för i princip räcker 0,1V över R6 och har jag 0,1V över R6 så kan jag sätta 5,2V över R7 och få en förstärkning på 52ggr (nu är den i princip bara 5,2V/0,6V=9).

Så nånstans runt 25ggr borde jag i alla fall kunna trimma in det till.

Jag tänker emellertid inte ta till aktiv last (strömspegel) för R2-3, vilket man förutom Darlington kan ta till, om man vill.

Nej, det ska vara det här antalet transistorer

MVH/Roger
PS
Glömde säga det, den omotkopplade bandbredden är 100kHz.

[Spisblinkaren]

Okej, det här är vad jag kommer bygga.

Råförstärkningen är dock lite låg.

Jag ser två sätt att bättra på den:

1) Jag byter R7 mot en strömgenerator modell T3.
2) Jag nyttjar Darlington isf JFET som diffstegstrissor.

När det gäller 1 så innebär det först och främst en extra transistor och dessutom en alldeles för hög råförstärkning

För även om utgångstrissan lastar strömgeneratorn lite så tror jag förstärkningen helt enkelt blir för stor.

En måttligare förstärkningshöjning kan jag få med metod 2.

Enda problemet där är att jag älskar JFET

Vi får se hur jag gör, iom strömgeneratorn (T3) så finns valmöjligheten ända fram till färdigt kort.

Såg förresten att OL-bandbredden faktiskt blir en faktor 2 sämre med C jämfört med utan, skumt

Dock är det mycket ovanligt med en OP som har en dominant pol så högt som runt 10kHz

Brukar ju liksom ligga på typ 10Hz

Detta har dock med all sannolikhet att göra med min begränsade råförstärkning.

Lite häftigt sen att vid Unity Gain (UG) så är bandbredden så hög som 3MHz!

Jag har inga problem med oscillationer/stabilitet så C1 är noll (även vid Unity Gain, UG).

Uppmätt råförstärkning (med C2=1000uF och R9=0) är 181ggr.

GBW borde bli 181*10kHz=1,81MHz (stämmer inte riktigt med min bandbreddsmätning fast den är iaf inte för hög).

Vid en gain på 10ggr så är bandbredden alltså runt 180kHz

MVH/Roger
PS
Svinget är lite dåligt också. Jag får alltså +3,0V/-4,2V. Basen på utgångstrissan är tom omotkopplad runt 5,2VDC (dvs 4,5VDC ut). Uppåt har vi sen VAS som jag inbillar mig jobbar linjärt dvs den mättas aldrig dvs vi får ett tapp på 2Vbe + U(Re) som minst blir 1,5V. 9-5,2-1,5V=3,3V som iaf är närheten av dom +3V jag mäter. Neråt borde jag kunna få ut hela 5,2V även om utgången bara kan röra sig 4,5V så mina teorier säger mig att jag minst borde kunna få ut +3,3V/-4,5V men jag får alltså bara ut +3,0V/-4,2V. Detta kanske ändå har att göra med den belastning utgångstrissan utgör på bias, men jag vet inte och är lite besviken.

Edit: Jag kan inte räkna För det första tror jag nu att det som så att säga stoppar uppåt är Vce(sat)+0,2V(Ure) dvs typ 0,5V. Mer ska man inte tappa. Fet stil blir dock återigen 9V-5,2V-0,5V=3,3V, vilket ju stämmer bättre med mina mätningar

[Spisblinkaren]

Jag har kommit på en något klurig ide' om jag får säga det själv

Jag har ju problem med att svinget inte är symmetriskt.

Genom att använda en PNP som utgångstrissa (T6) istället så kan dess Vbe liksom kompensera bort U(Re)+Vce(sat) för T4

Det blir en något skum koppling men man använder ändå alltid avkopplingskondensator på matningen så signalen blir rättvänd.

Jag får nu alltså nästan perfekt symmetriskt sving (+3,8V/-4V) vilket ju är lite coolt

Tyvärr sjunker råförstärkningen lite då R7 behöver minskas något för korrekt OL-bias (dvs 4,5V ut utan feedback).

Råförstärkningen alltså nere i 150 (med C2) jämfört med 181 förut.

Jag har emellertid lite knepiga problem med bandbredden.

Vid hög utstyrning (4Vpp ut) får jag så lite som 30kHz i bandbredd medans om jag sänker utstyrningen till 1Vpp så får jag hela 3MHz som bandbredd (båda Unity Gain, UG) vilket jag tycker är lite konstigt.

Lite konstigt förresten, ändra det till mycket konstigt

Även det faktum att svinget minskar med återkopplingen är mycket konstigt (borde ju liksom vara tvärt om).

Det sista faktumet är f.ö också iakttaget för NPN.

Jag får också en skum distorsion vid hög utstyrning och OL (Open Loop).

Detta är bara iaktaget för PNP men kan kanske också gälla NPN.

Trekanten (som min kära funktionsgenerator alltid defaultar till) blir liksom smal upptill och fet nedtill över en viss utstyrningsnivå map på utgångsspänning (detta gäller bara OL, "naturligtvis").

Fast jag är ganska nöjd med den här prestandan.

MVH/Roger
PS
Jag kommer f.ö ha kvar den "onödiga" Darlington som T4. Detta för att den ger lite arbetsspänning för drainmotstånden i diffsteget samtidigt som jag redan nu nyttjar en ganska låg ström för mina JFET (IDSS~6mA, jag: 0,67mA/FET) som där nere har ganska dålig transkonduktans dvs skulle jag införa typ BC556 istället så behöver strömmen strypas ännu mer (alternativt mindre drainmotstånd som skulle ge än mindre förstärkning) och då blir helt enkelt förstärkningen ännu sämre.

Slutligen förstår jag inte varför T4 förstärker så dåligt med C2=1000uF och R9=0. Enligt mina formler ovan borde förstärkningen bli minst 30000*12k/(1k8+hie) dvs storleksordningen 30000, vad händer?

[Spisblinkaren]

Jag har nu caddat en ny operationsförstärkare, KOP-15B.

Denna gången vänder jag på hela steken och nyttjar Darlington PNP som difftrissor istället (P-kanals BF245A känner jag inte till).

Detta har två fördelar:

1) CM-spänningen på ingången kan gå ända ner till negativ rail (Vss/GND).
2) Utgångssteget blir att se normalt ut (NPN)

Jag tror dessutom att det finns en tredje fördel, högre förstärkning.

Jag är, som bekant, inte så intresserad av hög förstärkning men det hade varit bra om den var runt 500 som mest i alla fall.

500*5mV (typ mikrofon)=2,5V som man enkelt styr ut ett slutsteg med.

Det ska bli spännande att se nu när jag kommer provbygga detta vad jag får för råförstärkning.

Wish me luck

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Det här blev så bra att det inte är sant

Jag repeterar uppmätta data bara för att det är så roligt (9V matning)

1) Uo(OL, Max)=8Vpp
2) Uo(OL, Lin)=6Vpp
3) F(C2=0)=250ggr
4) F(R9=0, C2=1000uF)=750ggr
5) BW(OL)=14kHz
6) BW(UG)>3,3MHz (dvs större än vad min FG kan prestera).
7) Uo(UG, Max)=6Vpp
8. Uo(UG, Lin)=4Vpp
9) SR(UG, C1=0)=2V/us

Det är intressant att när C1 kopplas som i bifogat och jag använder så lite som 47pF så blir stegsvaret betydligt bättre än om jag kopplar C1 modell "Miller".

Trevlig lärdom.

Tror man kan trimma stegsvaret ännu mer genom att välja än lämpligare C1.

Så förutom detta och det faktum att utgångssvinget är lite av en besvikelse så är jag jättenöjd över denna modell.

Jag fick alltså mer eller mindre precis den förstärkning jag drömde om tidigare och varken mer eller mindre.

Mycket roligt!

Denna variant kanske tom blir till en ytmonterad ASIC, vem vet

MVH/Roger
PS
Speciellt roligt är att ingen knappt ens hört talas om en OP som bara nyttjar 5 transistorer

[Spisblinkaren]

Nu har jag caddat en tredje variant.

Denna gången nyttjar jag bara JFET.

För att få lite kräm i utsignalen kommer jag nyttja den enda BF245B jag äger annars är resten A-varianten.

Detta spelar egentligen inte så stor roll (just nu) men jag vill försöka vara konform med vissa prestanda i dom andra varianterna.

Jag är inte säker på att detta kommer att fungera.

Framförallt verkar förstärkningen bli inte bara dålig utan mycket dålig

Detta har att göra med de låga drain-motstånden.

Med lite ansträngning kunde man infört en (bipolär) strömspegel i stället för motstånden på 1k8.

Dock har jag lite andra planer som ni ska få se senare

I morgon kommer jag provbygga bifogat.

Wish me luck

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Av enkelhets skäl har jag nu bestämt mig för att bygga bifogat.

Det är ett rätt menlöst skäl, vid avplock och bygge måste jag hålla reda på B-trissan så det är lika bra att bara nyttja A.

Strömmen ut blir dock mindre men det är mest pricipen som skall testas här.

MVH/Roger
PS
Efter att noga ha konsulterat dom fina datablad jag har på BF245(A-C) där t.ex fullständiga I/V-diagram finns med måste jag ändra mitt tidigare utlåtande angående Idss för BF245A från 6mA till 4mA. Man bör vara observant på att om man verkligen vill ha 4mA så måste man manuellt selektera. Intressant observation är att nära Idss är gm 4mA/V och runt -1V är gm 2mA/V samtidigt som strömmen då är 1mA. Ström mycket mindre än 1mA är olämplig för då finns ingen transkonduktans (gm) kvar.

[Spisblinkaren]

Här kommer alla data på bygget.

Fiaskot består mest i att som mest får jag endast 6ggr förstärkning

Dessa 6 gäller dessutom bara AC (vid DC är den hela 2 ).

Annars vill jag lite skryta med att jag prickade det mesta rätt redan från första försöket.

Vid 9V matning och OL (Open Loop) fick jag direkt nära 4,5V ut (bias syns inte i schemat men om man kikar tidigare i tråden...).

Jag valde sen att korrigera lite genom att byta 470R mot 390R i strömgeneratorn, T3 (kom inte så nära rail med Vd då).

Men jag är förvånad över mig själv hur jag kunde biasera så bra

Sen är jag än mer förvånad hur bandbredden (OL) kunde bli så bra som 1,4MHz!

Fast okej, jag har ju "ingen" (även om den är >1) förstärkning

Fascinerande var att diffsteget förstärkte nära nog precis ett.

Så all förstärkning sker i nästa steg (T4) som jag lärt mig här på EF kallas VAS.

Utan kondensator (C) är den dock bara ynkliga 2.

Den blir 2 för förstärkningen med relativt stort source-motstånd (2k2) är nära Rd/Rs dvs typ 2.

Aktiva laster på både/endera diffsteg och VAS boostar förstärkningen nämnvärt.

Jag är dock totalt rådvillig över vilken spänning det blir ut om jag t.ex sätter en BJT strömspegel istället för drain-motstånden i diffsteget.

Här får någon gärna hjälpa mig för jag fattar ingenting.

Det enda jag fattar är att man låter den sida av diffsteget som inte används vara den som styr strömmen, den andra sidan kan sedan inte få mer ström men pga transistorns I/V-karaktäristik kan den variera i spänning.

Frågan är bara, vad blir det för statisk spänning?

Blir det typ en spänningsdelning motsvarande kvoten av de båda strömgeneratorernas/transistorernas utgångsresistans, eller vad?

MVH/Roger

[Spisblinkaren]

Den här OP'n skulle jag vilja bygga

Vad tror ni om det?

MVH/Roger