Probleme mit Gilbert-Cell-Mischer...

May 26, 2004 22 Replies

Nils Beyer schrieb: [...]

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.

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

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

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

Cheers Stefan

"Stefan Heinzmann" schrieb im Newsbeitrag news:c98fhu$obs$03$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

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.

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

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.

Ok, hast gewonnen. ;-))

Grüße, Nils

Version 4 SHEET 1 1268 1172 WIRE 0 288 0 304 WIRE 0 304 96 304 WIRE 192 304 192 288 WIRE 384 288 384 304 WIRE 384 304 480 304 WIRE 576 304 576 288 WIRE 96 432 96 304 WIRE 96 304 192 304 WIRE 480 432 480 304 WIRE 480 304 576 304 WIRE 0 192 0 112 WIRE 576 192 576 112 WIRE 192 192 576 112 WIRE 576 112 576 80 WIRE 384 192 0 112 WIRE 0 112 0 80 WIRE 544 480 544 560 WIRE 288 240 288 320 WIRE 640 176 -64 176 WIRE -64 176 -64 240 WIRE 288 320 -80 320 WIRE 640 240 640 176 WIRE 288 240 256 240 WIRE 288 240 320 240 WIRE 32 512 32 480 WIRE -64 272 -112 272 WIRE 16 512 32 512 WIRE -224 320 -192 320 WIRE -192 320 -192 352 WIRE -192 352 -176 352 WIRE -176 272 -208 272 WIRE -48 496 -128 496 WIRE -144 560 -96 560 WIRE -80 352 -80 320 WIRE -112 352 -80 352 WIRE -64 240 -64 272 WIRE -16 80 0 80 WIRE 0 80 0 48 WIRE 592 80 576 80 WIRE 576 80 576 48 WIRE 32 400 32 480 WIRE -48 512 -48 496 WIRE 288 832 288 944 WIRE 96 944 96 832 WIRE 96 736 96 720 WIRE 160 784 224 784 WIRE 96 720 160 720 WIRE 160 720 160 784 WIRE 544 560 -32 560 WIRE 96 528 288 528 WIRE 288 736 288 528 WIRE 288 528 480 528 WIRE 960 320 960 240 WIRE 960 480 960 400 WIRE 752 240 640 240 WIRE 832 240 960 240 WIRE 832 320 960 320 WIRE 752 320 288 320 WIRE 32 400 752 400 WIRE 832 400 960 400 WIRE 752 480 544 480 WIRE 832 480 960 480 FLAG -128 496 I2 IOPIN -128 496 In FLAG -208 272 I1 IOPIN -208 272 In FLAG 0 48 O IOPIN 0 48 Out FLAG 576 48 _O IOPIN 576 48 Out FLAG -464 304 I1 FLAG -464 496 I2 FLAG -464 384 0 FLAG -464 576 0 FLAG -144 560 0 FLAG -224 320 0 FLAG 288 96 0 FLAG 288 16 OUT FLAG 672 80 +5V FLAG -96 80 +5V FLAG -464 240 0 FLAG -464 160 +5V FLAG -368 224 0 FLAG -368 144 SHOULDBE FLAG 288 944 0 FLAG 96 944 0 FLAG 96 640 +5V FLAG 960 160 +5V FLAG 960 560 0 SYMBOL voltage -464 288 R0 WINDOW 123 0 0 Left 0 WINDOW 39 0 0 Left 0 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 10mV 100000Hz) SYMBOL voltage -464 480 R0 SYMATTR InstName V2 SYMATTR Value SINE(0 10mV 1000Hz) SYMBOL bv 288 0 R0 SYMATTR InstName B1 SYMATTR Value V=V(O,_O) SYMBOL cap 16 496 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 0 WINDOW 3 32 32 VTop 0 SYMATTR InstName C1 SYMATTR Value 10n SYMBOL cap -112 256 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 0 WINDOW 3 32 32 VTop 0 SYMATTR InstName C2 SYMATTR Value 10n SYMBOL cap -112 336 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 0 WINDOW 3 32 32 VTop 0 SYMATTR InstName C3 SYMATTR Value 10n SYMBOL cap -32 544 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 0 WINDOW 3 32 32 VTop 0 SYMATTR InstName C4 SYMATTR Value 10n SYMBOL npn -64 192 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL npn 32 432 R0 SYMATTR InstName Q2 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL npn 320 192 R0 SYMATTR InstName Q3 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL npn 256 192 M0 SYMATTR InstName Q4 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL npn 640 192 M0 SYMATTR InstName Q5 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL npn 544 432 M0 SYMATTR InstName Q6 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL res 0 64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 1k SYMBOL res 688 64 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R4 SYMATTR Value 1k SYMBOL voltage -464 144 R0 SYMATTR InstName V3 SYMATTR Value 5V SYMBOL bv -368 128 R0 SYMATTR InstName B2 SYMATTR Value V=V(I1)*V(I2) SYMBOL npn 224 736 R0 SYMATTR InstName Q8 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL res 80 624 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 2.2k SYMBOL npn 160 736 M0 SYMATTR InstName Q7 SYMATTR Value 2N3904 SYMBOL res 944 144 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 470 SYMBOL res 944 304 R0 SYMATTR InstName R6 SYMATTR Value 470 SYMBOL res 944 464 R0 SYMATTR InstName R8 SYMATTR Value 220 SYMBOL res 848 224 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R5 SYMATTR Value 33k SYMBOL res 848 304 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R7 SYMATTR Value 33k SYMBOL res 848 384 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R9 SYMATTR Value 33k SYMBOL res 848 464 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 0 WINDOW 3 32 56 VTop 0 SYMATTR InstName R10 SYMATTR Value 33k TEXT -444 624 Left 0 !.tran 10ms startup

Nils Beyer schrieb:

news:c98fhu$obs$03$ snipped-for-privacy@news.t-online.com...

Gut. Zur Stromquelle siehe aber unten.

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

klar.

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.

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.

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

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