Rauschmessungen an NF-Transistoren

Rauschmessungen an NF-Transistoren  

Bei der Reparatur eines NF-Teiles, in dem ein Transistor vermutlich oder aus Erfahrung bekannt rauscht, kann es einfach sein diesen ohne Prüfung zu ersetzen. Beim heutigen Alter der Germanium-Transistoren,  muss das nicht sofort zu einer Lösung führen. Oft muss daher der Vorgang wiederholt werden. Wer das nicht will, oder seinen Bestand testen möchte, ist da oft  allein gelassen. Der hier  folgende Bericht, soll eine relativ einfache Methode zeigen, wie man nahezu  Industriemäßig das Rauschen bestimmen kann , oder zumindest eine Auswahl vornehmen kann. Als Voraussetzung oder wärmstens empfohlen, wird ein „GRUNDIG Millivoltmeter" mit Filterzusatz KM5 oder KM5A, oder ein ähnliches Equipment benötigt.  

Die Nennwerte in Datenbüchern von Noisefigure „F"   werden mit fixen Vorgaben angeben.  Gemessen wird der zu testende Transistor, in einer Schaltung wie diese, als ein Beispiel.

 

 
BILD 1   Device unter Test  (der zu messende Transistor)  
Mit dem Steller im Emitterkreis, wird der gewünschte Kollektorstrom eingestellt. Der AC125 nach VALVO mit den Werten: -U_CB = 5V, I_E= 0,5mA, R_gen. = 500Ω, bei 1KHz mit einer Bandbreite = 200Hz.

Damit konnte der Schaltungsentwickler nicht arbeiten. Das Rauschen des Transistors wird im Detail von vielen Faktoren mit den Einstellungen in der betreffenden Schaltung bestimmt. Gering von der Spannung U_ce (U_cb), dagegen stark von Kollektorstrom I_C welcher einen bestimmten Basisstrom voraussetzt, von dem letztendlich das Rauschen verursacht wird, was sich dann im Kollektorstrom wiederfindet. Und ganz wesentlich von Generatorwiderstand R_gen. Typische Verläufe sehen so aus:

 
Hier die Zunahme bei den Tiefen als "1/f Rauschen" oder Funkelrauschen bekannt. Mit der Schaltung in weiten Grenzen beeinflussbar, ist der Kollektorstrom und mit ihm das Rauschen. Alle drei Parameter sind voneinander abhängig und müssen in die Schaltung einfließen.
 

Linkes Bild zeigt die für den Schaltungsentwickler wesentliche Verläufe als Rauschmaß in dB.  Für minimales Rauschen und gegebenen  Generatorwiderstand, ist welcher Kollektorstrom einstellen, bzw. umgekehrt, je nachdem was vorrangig  in der jeweiligen Schaltung ist.

Zu beachten ist dabei, das es typische Verläufe sind. Die wahren Werte findet man beim jeweiligen Low-Noise Typ. Leider nicht beim AC125  Normiert beim  Siemens AC151 und [AC151r (rauscharm)]

 

 

Links oben, Noise in Abhängig von I_coll. rechts unten I_coll. normiert, Quellwiderstand variabel, Links unten, bei GE-Typen wegen des Reststromes I_coll-I_basis, das Rauschen in Abhängigkeit von U_coll-emitter.

 
Mit diesen Kurven werden zwei schmale Ausschnitte aus dem Audio- Rauschspektrum gezeigt. Welcher I_coll. ist einzustellen, um einen bestimmten Rauschabstand bei gegebenen Quellwiderstand einzuhalten. Beides ohne den Funkeleffekt zu erfassen.

Einschub:

Wenn Sie diese Kurven mit der Abhängigkeit des Rauschens vom Kollektor- bzw. Basisstrom betrachten,  wird die Angaben der Stromverstärkung bei einem Kollektorstrom von 0,1mA oder auch 10μA  in den Datenbüchern  verständlicher.  Die C-Typen sind stets die,  mit der größten Stromverstärkung auch bei kleinsten Strömen. Einmal weil das Rauschen vom fließenden  Basisstrom bestimmt wird und außerdem doch eine gute Verstärkung bei diesem geringen Kollektortstrom möglich wird. Beides der Grund warum in Eingangsstufen, die C-Typen dominierend sind.

 

 
Der Anstieg bei den Tiefen, wird hiermit gezeigt. Beachte: kein Germaniumtyp.
 

 

Diese Werte kann man auch als Hobbytechniker in der Schaltung Bild1 (oben)  mit einem GRUNDIG Millivoltmeter mit eingeschleiftem FILTER KM5 oder KM5A  ermitteln. Die Werte bei 1kHz mit kleiner Bandbreite (200Hz) kann man mit einem Trick messen. Das KM5 misst wie ab Werk gedacht, den Klirrfaktor k₃ von den 333Hz als Vollpegelmessung  oder en Einstellewert bei der Bandaufzeichnung, mit einem Filter um 1kHz herum. Damit kann eben auch selektiv das Rauschen bei 1kHz gemessen werden. Das breitbandige  Rauschen wird in Stellung „Fremd" oder „Geräusch" gemessen.   Das KM5A misst im Gegensatz zum KM5, mit der neueren Geräuschkurve nach DIN 45405, auch  als Ohrkurve bekannt, wesentlich kritischer in der Spitze um  5kHz herum.
Das heißt, es zeigt höhere Werte als das KM5 an und, was das Rauschen betrifft, überhaupt  strengere  Werte als bei  „Fremdspannung" an. Es folgt eben dem menschlichen Ohr.

 

 

Es empfiehlt sich, zwischen der Messschaltung Bild 1 und dem Millivoltmeter, einen Zusatzverstärker mit 20dB zu schalten. Hier ein Vorschlag dazu nach VALVO. Die Schaltung  arbeitet auch von  12 bis 18Volt zuverlässig bei mir. 

 

:PS: die fehlenden Werteangaben, habe ich leider übersehen. Siehe Anlagen mit verschiedenen Gaindaten      

30. Mai 2016         Hans M. Knoll

Alternative Messgeräte:  Diese Auswahl hat H. Prof. Dietmar Rudolph bereitgestellt. Danke! . 

Wandel & Goltemann SPM11  (hier nur der Empfangsteil davon; B = 40Hz oder 8 Hz)

Bruel & Kjaer Messverstärker 2606 auch mit Ohrkurven

Rohde & Schwarz SUB RC-Generator/Indikator

Anlagen:

• Daten zum Valvo Universal-Verstäker (12 KB)

Für diesen Post bedanken, weil hilfreich und/oder fachlich fundiert.