DerOnkel
HCA Elektronik Saiteninstrumente
Die FET-Vergleichsliste
Einleitung
In den meisten Schaltungen mit diskreten Bauteilen dominiert der bipolare Transistor, den es als NPN- oder PNP-Typ gibt. Es existieren jedoch Spezialanwendungen, in denen stattdessen Feldeffekttransistoren (FET) auf Siliziumbasis verwendet werden. Analog zum bipolaren Transistor gibt es FETs in N- oder P-Kanal-Ausführung.
Im Bereich der Gitarrenelektronik sind hier hauptsächlich Effektgeräte zu nennen, bei denen es entweder auf einen sehr großen Eingangswiderstand ankommt oder aber die Nachbildung einer sogenannten Röhrenverzerrung erreicht werden soll. Ein weiteres Einsatzgebiet stellt die Anwendung als analoger Schalter dar, wie er zum Beispiel in den Effektgeräten von BOSS eingesetzt wird.
Für den bastelwütigen Gitarristen gibt es im DIY-Bereich eine ganze Reihe von Schaltungen, die im Internet angeboten werden. Das Angebot reicht dabei vom puren Schaltbild über ein fertiges Layout bis hin zu kompletten Bausätzen, für die dann natürlich auch ein gewisser Obulus zu entrichten ist.
Viele Schaltungen kommen jedoch aus den USA oder aus asiatischen Ländern und so kommt es häufig vor, daß die entsprecheden Transistoren in Deutschland bei den gängigen Versendern von elektronischen Bauelementen nicht verfügbar sind. Da ist dann guter Rat teuer. Bevor man lange weitersucht, stellt sich schnell die Frage: "Kann ich da nicht auch einen anderen FET nehmen?"
Die Antwort darauf lautet: "Grundsätzlich ja, aber der Ersatztyp sollte vergleichbare elektrische Daten aufweisen!"
Ist das nicht der Fall, dann geht die Sache eben in die "Hose". In der Praxis bedeutet das, daß die Schaltung unter Umständen arbeitet, sich aber wichtige Eigenschaften nachteilig verändert haben können! Wer hier nicht in die elektrotechnischen Niederungen einsteigen will, um die dann notwendigen Veränderungen an der Dimensionierung vorzunehmen, der braucht eine Vergleichsliste.
1. Die charakteristischen Parameter eines Sperrschicht-FET
Bei Feldeffekttransistoren werden grundsätzlich zwei Typen unterschieden, die es als N- oder P-Kanal-Version gibt:
Der Verlauf des Drain-Stromes eines Feldeffekttransistors ist von verschiedenen Parametern abhängig. In den meisten Fällen wird jedoch ein vereinfachtes Modell zugrunde gelegt. Es enthält
2. Vergleich ist gleich?
Vergleichslisten für Transistoren gibt es wie Sand am Meer. In der analogen Steinzeit kannten die Fernsehtechniker die sogenannte "Henninger"-Liste. Auch heute findet man vergleichbare Listen in manigfaltiger Ausführung - leider in der Regel in Buchform. Ein solches Werk zu erstellen ist eben eine aufwändige Sache, die auch ihren Preis hat!
Die im Internet zu findenden Listen sind häufig unvollständig und wenig aussagefähig. Um einen Vergleichstyp für einen vorliegenden Transistor zu ermitteln, ist die Kenntnis folgender Daten unbedingt erforderlich:
Im Netz finden man unter anderem eine Tabelle in dem der 2N5457 als Ersatz für den BF245A angegeben wird. Vergleicht man einmal die typischen Werte für die Abschnürspannung (-3,25V und -1,75V) und den Sättigungsstrom (3mA und 4,5mA), wird schnell klar, daß es mit einer Vergleichbarkeit doch nicht so weit her ist! Daß beide Transistoren eine unterschiedliche Anschlußfolge haben, wird gar nicht erst erwähnt!
Solche Listen sind nicht hilfreich, sondern ganz einfach Mist!
Insbesondere der halbwissende Gelegenheitselektroniker, zu dem viele bastelwütige Gitarristen wohl zählen dürften, wird mit der Anwendung einer solchen Liste leicht in Teufels Küche kommen und dann ratlos vor einer Schaltung sitzen, die sich nicht so verhält, wie man es erwartet. Bevor man einer solchen Liste traut und eventuell eine Schädigung in der Schaltung riskiert, sollte man sich lieber die Datenblätter der betreffenden Transistoren besorgen... Merke: Selbst ist der Mann!
Bei bipolaren Transistoren kann man in der Regel sehr großzügig sein. Solange die Grenzwerte nicht überschritten werden, kann man quasi jeden Transistor verwenden, solange die Schaltung entsprechend tolerant aufgebaut ist. Bei Feldeffektransistoren liegen die Dinge jedoch etwas anders. Hier sind die Eigenschaften der Schaltung häufig stark mit den verwendeten Transitoren verbunden. Selbst wenn man einen gleichen Transistor verwendet, kann es unter Umständen zu Problemen kommen, da die Parameter von FETs eine sehr starken Streuung unterliegen. Aus diesem Grund werden diese Transistoren häufig vor der Verwendung aus einer größeren Menge selektiert.
3. Verschiedene Sperrschicht-FETs im Vergleich
Die von den Herstellern in ihren Datenblättern gelieferten Angaben sind in der Regel nicht vollständig. Darüber hinaus sind einige Spezifikationen nicht ganz korrekt, wie zum Beispiel die Definition des Sättigungsstromes, der typisch bei einer Drain-Source-Spannung von 15V gemessen wird. Wenn man es genau nimmt, muß hier UDS = -UP gelten!
Wer die Angaben etwas genauer studiert, der wird schnell feststellen, daß hier eine gewaltige Streuung vorliegt. Damit sind dieses Daten für eine verlässlich Schaltungsdimensionierung leider kaum zu brauchen! Stellt man die Daten verschiedener JFETs in einer Tabelle zusammen und sortiert sie in geeigneter Weise, dann kann man sich zumindest einen brauchbaren Überblick verschaffen, welcher Transistor wohl als Ersatz für einen anderen Transistor dienen kann.
In den beiden folgenden Tabellen wurden die Datenblattangaben von Abschnürspannung und Sättigungsstrom verschiedener JFETs gegenübergestellt. Man findet - soweit angegeben - minimale, maximale und typische Werte. Sind keine typischen Werte vorhanden, so wurden sie aus den minimalen und maximalen Werte gemittelt.
Um eine bessere Vergleichsmöglichkeit zu erhalten, wurde aus den typischen Daten die maximale Steilheit Smax - die einen Hinweis auf die mögliche Verstärkung und andere Größen erlaubt, die Steilheit im Arbeitspunkt SAP bei ID=IDSS/2 sowie die maximale Spannungsverstärkung bei einer Versorgungsspannung von 9V ermittelt. Dabei wurde folgende Schaltung zugrunde gelegt:
Selbstverständlich läßt sich die Spannungsverstärkung vergrößern, indem der Source-Widerstand RS durch einen geeigneten Kondensator kurzgeschlossen und die Gegenkopplung auf diese Weise aufgehoben wird. Allerdings hat ein solches Vorgehen auch seinen Preis. Auf der einen Seite steigt dadurch der Klirrfaktor an. Auf der anderen Seite - und das ist viel bemerkenswerter - wird durch diese Maßnahme der Aussteuerbereich am Eingang der Schaltung stark reduziert.
Im Bereich der Gitarrenelektronik spielen die Grenzdaten der Feldeffekttransistoren in der Regel nur eine untergeordnete Rolle, da nur mit Spannungen von 9 bis 18 Volt gearbeitet wird und es auch nicht um große Ströme geht. Aus diesem Grund wurde auf die Angabe der Grenzwerte in den Tabellen verzichtet.
4. Sperrschicht-FETs im Vergleich
An dieser Stelle sollte sie nun kommen, die versprochenen Vergleichstabellen. Aber sie kommen nicht!
Ich habe lange darüber nachgedacht und bin zu dem Schluß gekommen, hier lediglich auf den originalen Artikel zu verweisen.
Die Begründung dafür ist ebenso einfach wie einleuchten: Mit großer Wahrscheinlichkeit werden sich diese Tabellen in der Zukunft inhaltlich ändern. Und da man einen Beitrag in einem Forum nicht beliebig lange editieren kann...
Also sorry, daß jetzt ein weiterer Klick erforderlich ist, aber ich glaube, es ist besser so!
Fazit
Mit den beiden vorgestellten Tabellen wird die Auswahl eines Ersatztransistors zumindest erleichtert. Sicherheit gibt es dadurch aber leider nicht, denn dazu streuen die Parameter zu stark. In der Praxis wird man daher nicht umhinkommen, die betreffenden Parameter zu messen.
Die Kenntnis dieser Daten und die Anwendung der entspechenden Formeln für den Feldeffekttransistor führen dann prompt zu einem ordentlichen Ergebnis. Ich habe vor einem knappen halben Jahr einen Vorverstärker mit FET-Eingangsstufe entworfen. Die praktischen Ergebnisse wichen von der Rechnung in keinem Fall um mehr als 5 Prozent ab und die Schaltung lief auf Anhieb!
Kennern von JFET-Verstärkerschaltungen wird sofort auffallen, daß die charakteristischen Trimmer fehlen. Wozu sind die eigentlich gut?
Wer JFETs mit bekannten Parametern benötigt, kann sich gerne an mich wenden. Ich habe in der Regel verschiedene Transistoren zur Verfügung, deren Parameter ich dann ermittle.
Ulf
Der vollständige und aktualisierte Artikel ist wie immer in der Knowledge-Base der Guitar-Letters zu finden.
Einleitung
In den meisten Schaltungen mit diskreten Bauteilen dominiert der bipolare Transistor, den es als NPN- oder PNP-Typ gibt. Es existieren jedoch Spezialanwendungen, in denen stattdessen Feldeffekttransistoren (FET) auf Siliziumbasis verwendet werden. Analog zum bipolaren Transistor gibt es FETs in N- oder P-Kanal-Ausführung.
Im Bereich der Gitarrenelektronik sind hier hauptsächlich Effektgeräte zu nennen, bei denen es entweder auf einen sehr großen Eingangswiderstand ankommt oder aber die Nachbildung einer sogenannten Röhrenverzerrung erreicht werden soll. Ein weiteres Einsatzgebiet stellt die Anwendung als analoger Schalter dar, wie er zum Beispiel in den Effektgeräten von BOSS eingesetzt wird.
Für den bastelwütigen Gitarristen gibt es im DIY-Bereich eine ganze Reihe von Schaltungen, die im Internet angeboten werden. Das Angebot reicht dabei vom puren Schaltbild über ein fertiges Layout bis hin zu kompletten Bausätzen, für die dann natürlich auch ein gewisser Obulus zu entrichten ist.
Viele Schaltungen kommen jedoch aus den USA oder aus asiatischen Ländern und so kommt es häufig vor, daß die entsprecheden Transistoren in Deutschland bei den gängigen Versendern von elektronischen Bauelementen nicht verfügbar sind. Da ist dann guter Rat teuer. Bevor man lange weitersucht, stellt sich schnell die Frage: "Kann ich da nicht auch einen anderen FET nehmen?"
Die Antwort darauf lautet: "Grundsätzlich ja, aber der Ersatztyp sollte vergleichbare elektrische Daten aufweisen!"
Ist das nicht der Fall, dann geht die Sache eben in die "Hose". In der Praxis bedeutet das, daß die Schaltung unter Umständen arbeitet, sich aber wichtige Eigenschaften nachteilig verändert haben können! Wer hier nicht in die elektrotechnischen Niederungen einsteigen will, um die dann notwendigen Veränderungen an der Dimensionierung vorzunehmen, der braucht eine Vergleichsliste.
1. Die charakteristischen Parameter eines Sperrschicht-FET
Bei Feldeffekttransistoren werden grundsätzlich zwei Typen unterschieden, die es als N- oder P-Kanal-Version gibt:
- Der Sperrschicht-FET, engl. JFET
- Der MOS-FET als selbstsperrender oder selbstleitender Typ
Der Verlauf des Drain-Stromes eines Feldeffekttransistors ist von verschiedenen Parametern abhängig. In den meisten Fällen wird jedoch ein vereinfachtes Modell zugrunde gelegt. Es enthält
- die Abschnürspannung UP,
- den Sättigungsstrom IDSS und gegebenenfalls
- die Early-Spannung UA.
2. Vergleich ist gleich?
Vergleichslisten für Transistoren gibt es wie Sand am Meer. In der analogen Steinzeit kannten die Fernsehtechniker die sogenannte "Henninger"-Liste. Auch heute findet man vergleichbare Listen in manigfaltiger Ausführung - leider in der Regel in Buchform. Ein solches Werk zu erstellen ist eben eine aufwändige Sache, die auch ihren Preis hat!
Die im Internet zu findenden Listen sind häufig unvollständig und wenig aussagefähig. Um einen Vergleichstyp für einen vorliegenden Transistor zu ermitteln, ist die Kenntnis folgender Daten unbedingt erforderlich:
- Stromverstärkung B (bei bipolaren Transistoren),
- Sättigungsstrom und Abschnürspannung (bei Sperrschichtfeldeffekttransistoren),
- Grenzwerte (maximaler Kollektor-/Drain-Strom, maximale Kollektor-Emitter-/Drain-Source-Spannung, maximale Leistungsaufnahme),
- Gehäuseform und Anschlußfolge.
Im Netz finden man unter anderem eine Tabelle in dem der 2N5457 als Ersatz für den BF245A angegeben wird. Vergleicht man einmal die typischen Werte für die Abschnürspannung (-3,25V und -1,75V) und den Sättigungsstrom (3mA und 4,5mA), wird schnell klar, daß es mit einer Vergleichbarkeit doch nicht so weit her ist! Daß beide Transistoren eine unterschiedliche Anschlußfolge haben, wird gar nicht erst erwähnt!
Solche Listen sind nicht hilfreich, sondern ganz einfach Mist!
Insbesondere der halbwissende Gelegenheitselektroniker, zu dem viele bastelwütige Gitarristen wohl zählen dürften, wird mit der Anwendung einer solchen Liste leicht in Teufels Küche kommen und dann ratlos vor einer Schaltung sitzen, die sich nicht so verhält, wie man es erwartet. Bevor man einer solchen Liste traut und eventuell eine Schädigung in der Schaltung riskiert, sollte man sich lieber die Datenblätter der betreffenden Transistoren besorgen... Merke: Selbst ist der Mann!
Bei bipolaren Transistoren kann man in der Regel sehr großzügig sein. Solange die Grenzwerte nicht überschritten werden, kann man quasi jeden Transistor verwenden, solange die Schaltung entsprechend tolerant aufgebaut ist. Bei Feldeffektransistoren liegen die Dinge jedoch etwas anders. Hier sind die Eigenschaften der Schaltung häufig stark mit den verwendeten Transitoren verbunden. Selbst wenn man einen gleichen Transistor verwendet, kann es unter Umständen zu Problemen kommen, da die Parameter von FETs eine sehr starken Streuung unterliegen. Aus diesem Grund werden diese Transistoren häufig vor der Verwendung aus einer größeren Menge selektiert.
3. Verschiedene Sperrschicht-FETs im Vergleich
Die von den Herstellern in ihren Datenblättern gelieferten Angaben sind in der Regel nicht vollständig. Darüber hinaus sind einige Spezifikationen nicht ganz korrekt, wie zum Beispiel die Definition des Sättigungsstromes, der typisch bei einer Drain-Source-Spannung von 15V gemessen wird. Wenn man es genau nimmt, muß hier UDS = -UP gelten!
Wer die Angaben etwas genauer studiert, der wird schnell feststellen, daß hier eine gewaltige Streuung vorliegt. Damit sind dieses Daten für eine verlässlich Schaltungsdimensionierung leider kaum zu brauchen! Stellt man die Daten verschiedener JFETs in einer Tabelle zusammen und sortiert sie in geeigneter Weise, dann kann man sich zumindest einen brauchbaren Überblick verschaffen, welcher Transistor wohl als Ersatz für einen anderen Transistor dienen kann.
In den beiden folgenden Tabellen wurden die Datenblattangaben von Abschnürspannung und Sättigungsstrom verschiedener JFETs gegenübergestellt. Man findet - soweit angegeben - minimale, maximale und typische Werte. Sind keine typischen Werte vorhanden, so wurden sie aus den minimalen und maximalen Werte gemittelt.
Um eine bessere Vergleichsmöglichkeit zu erhalten, wurde aus den typischen Daten die maximale Steilheit Smax - die einen Hinweis auf die mögliche Verstärkung und andere Größen erlaubt, die Steilheit im Arbeitspunkt SAP bei ID=IDSS/2 sowie die maximale Spannungsverstärkung bei einer Versorgungsspannung von 9V ermittelt. Dabei wurde folgende Schaltung zugrunde gelegt:
Selbstverständlich läßt sich die Spannungsverstärkung vergrößern, indem der Source-Widerstand RS durch einen geeigneten Kondensator kurzgeschlossen und die Gegenkopplung auf diese Weise aufgehoben wird. Allerdings hat ein solches Vorgehen auch seinen Preis. Auf der einen Seite steigt dadurch der Klirrfaktor an. Auf der anderen Seite - und das ist viel bemerkenswerter - wird durch diese Maßnahme der Aussteuerbereich am Eingang der Schaltung stark reduziert.
Im Bereich der Gitarrenelektronik spielen die Grenzdaten der Feldeffekttransistoren in der Regel nur eine untergeordnete Rolle, da nur mit Spannungen von 9 bis 18 Volt gearbeitet wird und es auch nicht um große Ströme geht. Aus diesem Grund wurde auf die Angabe der Grenzwerte in den Tabellen verzichtet.
4. Sperrschicht-FETs im Vergleich
An dieser Stelle sollte sie nun kommen, die versprochenen Vergleichstabellen. Aber sie kommen nicht!
Ich habe lange darüber nachgedacht und bin zu dem Schluß gekommen, hier lediglich auf den originalen Artikel zu verweisen.
Die Begründung dafür ist ebenso einfach wie einleuchten: Mit großer Wahrscheinlichkeit werden sich diese Tabellen in der Zukunft inhaltlich ändern. Und da man einen Beitrag in einem Forum nicht beliebig lange editieren kann...
Also sorry, daß jetzt ein weiterer Klick erforderlich ist, aber ich glaube, es ist besser so!
Fazit
Mit den beiden vorgestellten Tabellen wird die Auswahl eines Ersatztransistors zumindest erleichtert. Sicherheit gibt es dadurch aber leider nicht, denn dazu streuen die Parameter zu stark. In der Praxis wird man daher nicht umhinkommen, die betreffenden Parameter zu messen.
Die Kenntnis dieser Daten und die Anwendung der entspechenden Formeln für den Feldeffekttransistor führen dann prompt zu einem ordentlichen Ergebnis. Ich habe vor einem knappen halben Jahr einen Vorverstärker mit FET-Eingangsstufe entworfen. Die praktischen Ergebnisse wichen von der Rechnung in keinem Fall um mehr als 5 Prozent ab und die Schaltung lief auf Anhieb!
Kennern von JFET-Verstärkerschaltungen wird sofort auffallen, daß die charakteristischen Trimmer fehlen. Wozu sind die eigentlich gut?
Wer JFETs mit bekannten Parametern benötigt, kann sich gerne an mich wenden. Ich habe in der Regel verschiedene Transistoren zur Verfügung, deren Parameter ich dann ermittle.
Ulf
Der vollständige und aktualisierte Artikel ist wie immer in der Knowledge-Base der Guitar-Letters zu finden.
- Eigenschaft
