Oszillatoren mit dem MOSFET BS170
Kürzlich
hatte ich etwas mehr mit dem BS170 zu tun. Da ist mir aufgefallen, dass
ich diese Typen bisher unterschätzt hatte. Maximal 200 V und
maximal 250 mA können sich sehen lassen, dazu eine Steilheit bis
400 mA/V. Man kann einige Aufgaben damit sehr elegant lösen. Das
Datenblatt zeigt die Kennlinie. Danach geht es bei 2 V am Gate los.
Die
Schwellenspannnug kann man mit einer einfachen Schaltung testen, bei
der Gate und Drain zusammengeschaltet sind. Das ist zugleich ein
Funktionstest. Einen Transistor habe ich nämlich durch eine
elektrostatische Ladung beschädigt. Er zeigt eine wesentlich
kleinere Spannung als 2 V, fast null Volt. Trotzdem scheint er aber
noch gut zu funktionieren. Es sieht so aus, als wäre die Kennlinie
einfach nur verschoben.
Der
Test hat mich auf eine Idee gebracht: Mit einer zusätzlichen Spule
sollte ein Oszilaltor entstehen, denn zwischen Gate und Source hat der
BS170 ca. 60 pF, zwischen Source und Drain ca. 30 pF. Ein Test mit 100
µH brachte tatsächlich eine Schwingung mit 2,4 MHz. Für
den Drain-Widerstand habe ich verschiedene Werte gestestet, mit 100 k
lief es am besten.
Noch ein Kondensator, und die Frequenz wird kleiner:
Auch
der klassische Phasenschieber-Oszillator funktioniert prima. Mit den
Bauteilen, die gerade herumlagen, kam ich auf 10 Hz. Interessant an
allen diesen Schaltungen ist, dass sie mit sehr wenig Betriebsstrom von
ca. 30 µA arbeiten.
Verschiebung der Kennlinie
Mit
dem Komponententester meines Oszilloskops kann ich ohne viel Aufwand
die Kennlinie aufnehmen (Gate und Drain verbunden, gemessen gegen
Source). Das Bild zeigt links nach unten die interne inverse Diode und
rechts nach oben die FET-Kennlinie.
Bei
dem durch einen Spannungsimpuls beschädigten Transistor liegt die
Kennlinie weiter links, sieht aber sonst gleich aus. Alle oben
gezeigten Oszillatorschaltungen funktionieren prima auch mit dem
angekratzten BS170.
Jetzt
frage ich mich jetzt natürlich, ob dieses Verhalten reproduzierbar
ist. Es erinnert mich irgendwie an die Funktion eines EPROM. Man legt
eine hohe Spannung an und schickt einen Strom durch den Transistor, und
schon wird eine Ladung gespeichert, die den Arbeitspunkt verschiebt.
Eigentlich
habe ich sowieso nie verstanden, warum der FET erst ab 2 V loslegt.
Warum nicht unter Null, wie ein JFET BF245? Könnte es vielleicht
sein (ich spinne jetzt mal rum ...), dass der Transistor bei der
Herstellung erst wie ein EPROM "formiert" wird? Dazu müsste man
eine negative Ladung einbringen, die den Transistor sperrt. Die
positive Spannung am Gate wirkt dann erst dagegen. Falls das stimmt,
könnte man (ganz theoretisch) die Kennlinie verschieben, wie man
sie haben will.
FETs mit niedriger Gate-Spannung, von Dieter Drewanz
In
der Tat kann durch Einbringen von Ladungen durch geschickte
Schichtung/Dotierung der Beginn der Gatespannung für die Leitfähigkeit
bei MOSFET zu niedrigeren Spannungen verschoben werden. Der Nachteil
dabei ist aber das bereits im sogenannten gesperrten Zustand
(Gatespannung=0 V) bei Betriebsspannungen von 5 bis 24 V ein deutlich
höherer Strom fließt als mit Bauteilen höherer Gate-Source
Knickspannung. Für Halbleiteranwendungen im Computerbereich, die unter
2,5 V betrieben werden, wird eine solche Technik angewendet.
Für 0.9 V Schwellspannung lassen sich einige Typen finden:
https://www.mouser.de/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/MOSFET/_/N-ax1sf?P=1z0z7ptZ1yzxnagZ1z0y3zrZ1yw8pmo&pop=30hz8
https://www.vishay.com/docs/71172/si1032r.pdf
Hier wird ein 0.3V-Schwellspannungstyp eingesetzt:
www.aldinc.com/pdf/osc_42006.0.pdf
Als
diskrete MOSFET Bauteile sind diese jedoch bei den üblichen
Einkaufsquellen für den Elektronikbastler kaum zu bekommen. Es gibt
diese auch nur als SMD Bauteile. An solche Bauteile (0,9..1,5 V
Schwellspannung) kommt man über Auslöten aus Computerschrott häufig
einfacher und günstiger zum Experimentieren. Von Seiten der meisten
Händler wird der Bastlermarkt für den Absatz solcher Halbleiter
anscheinend als zu gering eingeschätzt.
Es gab in der
Vergangenheit einmal Mini-Platinen mit Beinchen in der Größe von
üblichen Kleinsignaltransistoren zum Auflöten eines SMD-Transistors um
diese Bauform weiter zu bedienen und für Bastelzwecke. Seit vielen
Jahren habe ich davon nichts mehr gehört und gelesen.
MESFET gibt es schon mit Schwellspannungen von 0,3 V, aber dessen Eigenschaften sind wie bei FET.
https://de.wikipedia.org/wiki/Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor
