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Die FET-VergleichslisteEinleitungIn 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. Aus aktuellem Anlaß wurden die beiden Listen um den Verfügbarkeitsstatus erweitert, denn seit 2012 haben viele Hersteller ihre JFETs im beliebten TO-92-Gehäuse abgekündigt. Ist das für einen Typen nachweislich von mindestens einem Hersteller der Fall, so wurde der Status "abgekündigt" vergeben. Dieser Status bedeutet nun nicht, daß der betreffende Transistor generell nicht mehr erhältlich ist, Man kann jedoch davon ausgehen, daß die Verfügbarkeit sinken wird und die Preise im Gegenzug stark anziehen. Neuentwicklungen sollten mit solchen Bauteilen grundsätzlich nicht mehr vorgenommen werden! Auch die Impedanzwandler der SB-Serie sind von diesem Problem leider betroffen. Wie lange das entsprechende Angebot noch aufrecht erhalten werden kann, ist also durchaus fraglich. |
1. Die charakteristischen Parameter eines Sperrschicht-FETBei Feldeffekttransistoren werden grundsätzlich zwei Typen unterschieden, die es als N- oder P-Kanal-Version gibt:
Aufgrund verschiedener elektrischer Eigenschaften werden im Audio-Bereich in den meisten Fällen JFETs verwendet. Da sich N-Kanal JFETs bezüglich der Schaltungstechnik gut mit Elektronenröhren vergleichen lassen, dominieren sie auch viele Schaltungen. 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
Ausgehend von diesen drei Parametern läßt sich das Verhalten eines JFET sehr gut und und mit ausreichender Genauigkeit beschreiben. Da sich der Einfluß der Early-Spannung jedoch in erster Linie auf den Ausgangswiderstand des Transistors auswirkt, wird sie in den mathematischen Modellen häufig vernachlässigt. Damit bleiben Abschnürspannung und Sättigungsstrom als einzige charakteristische Größen übrig. |
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:
Weitere Angaben sind nett, aber nicht zwingend 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 zweifelhaften 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 Transistoren 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 VergleichDie 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:
Bild 1: JFET als Verstärker in Source-Schaltung 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. N-Kanal Sperrschicht-FETs im Vergleich
Tabelle 2: Charakteristische Daten verschiedener N-Kanal JFETs |
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5. P-Kanal Sperrschicht-FETs im Vergleich
Tabelle 3: Charakteristische Daten verschiedener P-Kanal JFETs |
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FazitMit 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!
Bild 2: Der MB-1-P2 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. |
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