Universeller Tastkopf
Ein Beitrag zum Schaltungs-Wettbewerb
2019
von Gerd Schmidt
von Gerd Schmidt
Die hier vorgestellte Schaltung besitzt einem hochohmigen Eingangswiderstand, einen niederohmigen Ausgangswiderstand, eine kleine Eingangskapazität und arbeitet über einen großen Frequenzbereich. Somit lässt sie sich als Tastkopf, als Impedanzwandler und *1-Bufferstufe sowie als aktive elektrische Antenne und E-Feld-Sensor einsetzen. Die Schaltung besteht aus einem JFet als Sourcefolger und einem zweiten JFet als Source-Stromquelle. Ein bipolarer Transistor als Emitterfolger sorgt für einen kleinen Ausgangswiderstand. Die Ausgangsspannung wird über einen Kondensator an den hochohmigen Spannungsteiler gegeben, am dem der Gatewiderstand angeschlossen ist. Dadurch verringert sich der Strom durch den Gatewiderstand resp. der Gatewiderstand wirkt wie ein um ein Vielfaches höherer Widerstand. Zugleich verkleinert sich die Eingangskapazität. Dieses Schaltungprinzip wird nach der Idee Baron Münchhausens, sich selbst aus dem Sumpf zu ziehen, Bootstrap-Schaltung genannt.
Einige Spannungswerte der auf dem Foto abgebildeten Schaltung sind im Schaltplan eingetragen. Mit Hilfe eines Oszilloskops und eines Funktionsgenerators wurden der Frequenzgang, die maximale Aussteuerung und der Verstärkungsfaktor gemessen. Die -3 dB-Eckfrequenz liegt oberhalb von 20 MHz; der beginnende Verstärkungsabfall war zwar auf dem Oszilloskop schon zu sehen, konnte aber mit dem Funktionsgenerator nicht erreicht werden. Der Verstärkungsfaktor liegt sehr nahe bei 1; die im Schaltplan angegebenen -0,23 dB sind (auf dem Bildschirm) konservativ abgelesen. Die Aussteuerungsgrenze am Ausgang lag bei gemessenen 3,1 V Spitze-Spitze, bedingt durch den relativ hohen DC-Pegel am Ausgang. Wird der Gate-Spannungsteiler so dimensioniert, dass die mittlere Spannung am Ausgang in der Nähe der halben Betriebsspannung liegt (2* 4M7), so kann die Aussteuerung noch verbessert werden.