Philips PM8943 FET probe, FETje defect...

Ha heer miedema,

Goed resultaat dat FETje van fred101 ben ik vergeten aan je te zeggen dit staat in mijn manual die ik van tek heb dat de pinning omgedraaid is waarom ? zal beter uitgekomen zijn.

Groet Henk.

Daarnet even in de vorraad gegraven en het rolletje Philips BF512 gevonden, fets hebben de opdruk S8P en de rol heeft product code 9335 052 90215 gemaakt in week 27 1990 in Hong Kong.

het zijn er een kleine 3000 stuks. Gertjan krijgt van de week post

Ha Hewlett,

Super!
Ik wil ze ook wel even bij je komen oppikken. Dan kan ik m'n metingen dit weekend afmaken. (Als ik je locatie code goed ontcijferd heb dan is het niet te ver bij mij vandaan)
Ik mail je wel even.

Verder heb ik een testprintje gemaakt, en ben nu lekker aan het meten. Met prima resultaten, maar gun mezelf nog geen tijd voor foto's en meetresultaat afwerken voor CO. Dus dat komt later...

groet, Gertjan.

Vandaag een testprintje gemaakt, en lekker zitten meten.

Dat viel helemaal niet tegen. Ik was bang dat mijn testprintje de HF resultaten zou beperken, maar dat valt erg mee.

Zo zag mijn testprintje er uit na afloop van het testgeweld:

En een sfeerplaatje van de meetopstelling:

De ingang van de FET buffer had ik met 50Ω afgesloten. De uitgang van de FET gaat naar de ingang van mijn hi-Z naar 50Ω buffer.
Inderdaad, een buffer om een buffer te meten

Vandaag gemeten met de MMBF4416 als mogelijke vervanger.
Hij past zo in de oorspronkelijke schakeling. I_D is dan iets hoger, 8,5mA (deze FET staat bij Tek op 7,5mA, de oorspronkelijk BF512 staat op 6mA)

De belangrijkste resultaten, de frequentie curve:

Je kunt hier ook zien dat ik te leren heb wat betreft de opbouw van HF schakelingen.
De gele curve is de FET source-volger helemaal kaal, zonder speed-up etc.

Met wat spelen ontdekte ik dat door het verbeteren van het massavlak (door een massaverbinding over de input) de frequentiecurve wat verder doorliep en iets minder piekerig was, Dat is de blauwe curve.

Bij de paarse curve heb ik het 3,3pF speed-up Ctje gemonteerd tussen gate en source. Dat lijkt hier dus wat over te compenseren...
Dat geeft wel meteen te denken. Vervangen van de FET door een "beter" type betekend dat de hele HF compensatie van de probe herbezien moet worden. (Het kan ook zijn dat dat piekje compenseert voor afval elders...) Denk eigenlijk niet dat dat de moeite waard is....

Daarna ook nog het 1pF met 1k netwerkje aan de gate gehangen, Maar dat maakte geen enkel verschil. Ik denk omdat dat bedoeld is om bij hoogohmig gebruik resonanties te dempen, en hier niet van toepassing door mijn 50Ω afsluiting.

En dan de ingangscapaciteit:

Ik heb 1k5 in serie gezet met de ingang, en gekeken wat het hoogafval kantelpunt dan wordt. Dat bleek 24,36Mhz te zijn. Een rekensommetje leert dan dat de ingangscapciteit 4,36pF is.
Helemaal niet slecht!

Verder heb ik nog naar de vervorming gekeken. Bij het maximale ingangsniveau van deze probe (1,2V_tt, ong. +6dBm, begint de vervorming net boven het generator residu uit te komen, en bedraagt dan ong. 0,1%.
Ik zal jullie de plaatjes besparen....

Ik wil deze metingen nog herhalen met de BF512's van Hewlett, om te kijken wat de verschillen zijn.
Daarna ga ik repareren

groet, Gertjan.

Hi Gertjan,

Leuke metingen!

Mar ik wil natuurlijk het verschil zien bij de 1K5 in serie met en zonder de 3,3pF condensator.

Door met dis soort schakelingen te spelen leer je zeer veel over HF gedrag van componenten en bedrading.

Als het dubbelzijdige print is, kan je ook de onderzijde als massavlak doorverbinden.
Hierdoor wordt het massa vlak aan de ingang "beter".
Ook kan je als test eens kijken als je i.p.v. een dun draadje als loop over je connector een strookje koper gebruikt.

Gegroet,
Bram

Ha Blackdog,

Mar ik wil natuurlijk het verschil zien bij de 1K5 in serie met en zonder de 3,3pF condensator.

Waarom zou je dat willen? Bij de frequentie curven zie je dat dat speed-up Ctje pas wat gaat doen bij 100MHz.
Bij Z_in=1k5 ligt het kantelpunt al op 24MHz....

Het printje is enkelzijdig.
Als ik klaar ben met deze metingen ga ik nog wel wat spelen met de massa optimalisatie. Voorlopig hou ik het zo om metingen vergelijkbaar te houden.

Edit : Een massavlak aan de onderkant zou wel de ingangscapaciteit weer vergroten...
Bij mijn Hi-Z naar 50Ω buffer heb ik juist om die reden het massavlak onder de ingang weggefreesd.

groet, Gertjan.

[Bericht gewijzigd door miedema op zondag 17 juli 2016 09:39:16 (17%)

Hi Gertjan,

Jouw opstelling met je zelf gemaakte print heeft veel meer printvlak dan de TEK of Philips probe.

Ook heb je wat onderdelen met lange draden aangesloten, dat kan weer allerlei resonanties geven.
Maar waar ik nu naartoe wil is dit, hoe heb je gemeten met de 1K5 weerstand?
BNC verwijderd?
Wil je weten wat dat 3,3pf condensator precies doet, dat zal je capaciteit aan de ingang van je probe moeten overeenkomen met die van de TEK en Philips.
Hoe meer capaciteit aan de ingang van de Fet, des te minder die 3,3pF doet, het schijf dan volgens mij dan omhoog in frequentie.

De extra capaciteiten rond de ingang van de Fet samen met de draden van het blauwe componentje "kunnen" een deel van de variatie boven de 100Mhz zijn.

Ik heb nog een beetje zitten te vergelijken tussen de datasheet van de BF512 en de 4416, er zitten geen hele grote verschillen tussen.
Vooral als je kijkt naar hoe het gespecificeert is in de datasheets.
De grootste variatie is 1pF in de capaciteiten van de Fet, de een iets meer daar an de andere iets meer hier...
Ik denk dat de spreiding dominant is over de verschillen onderling.
Philips iets meer ingangs capaciteit, maar ook lagere ruis en lagere feedback capaciteiten.

Gegroet,
Bram

Op 16 juli 2016 10:53:21 schreef miedema:
De MMFB4416 (de Tek FET van Fred) heeft een andere pin-out als de BF512.
Op mijn foto hierboven heb ik een MMBF4416 correct aangesloten op de print gelegd. Hij past perfect, zit keurig recht i.p.v. scheef zoals het origineel (zoal op de foto van Blackdog.

Het lijkt alsof de printlayout voor die MMBF4416 gemaakt is....
Zou het zo kunnen zijn dat de probe oorspronkelijk ontworpen is met de Tek FET, maar dat er uiteindelijk toch een eigen Philips FET in moest?

Die kans lijkt mij groot, gezien de tijdlijn en het niet tijdig beschikbaar zijn van een definitieve productieversie van die FET. Ik denk dat ze daar niet op wilden wachten en al elders wilden inkopen maar dat ze bij de halfgeleiderfabriek nog net op tijd over de brug zijn gekomen.

Op 16 juli 2016 14:31:07 schreef Hewlett:
Daarnet even in de vorraad gegraven en het rolletje Philips BF512 gevonden, fets hebben de opdruk S8P en de rol heeft product code 9335 052 90215 gemaakt in week 27 1990 in Hong Kong.
[...]
het zijn er een kleine 3000 stuks. Gertjan krijgt van de week post

Ah, 215 is dan inderdaad de verpakkingscode voor "rol van 3000 stuks". Waar heb je vandaan dat ze uit Hong Kong komen? En is het S8P of S8p?

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op zaterdag 16 juli 2016 19:00:01 (32%)

.

[Bericht gewijzigd door maartenbakker op zaterdag 16 juli 2016 18:58:49 (100%)

Ha Blackdog,

Speciaal voor jou heb ik nog een rondje omgesoldeerd onder de microscoop
(En omdat de functie van die 3p3 hier eerder ter sprake kwam)

Met en zonder die speed-up C geeft een identieke curve.....
Het idee dat die C ook de ingangscapaciteit verkleind wordt hiermee dus niet ondersteund.

Mijn printje heeft wel meer oppervlak, maar de vlakjes aan de gate heb ik wel klein gehouden, en de isolatie er omheen extra breed. De kritische componenten zijn allen SMD.
De onderdelen met lange draden zittten in de voeding en uitgang, en zijn dus minder kritisch.

(die blauwe component is de 100GΩ bias weerstand. Ik vond het een beetje zonde om voor een experiment de pootjes van een Eur 5,- weerstand helemaal af te knippen... Maar ze staan recht omhoog, dus capaciteit lijkt weinig. En 1cm draad lijkt me onder 1GHz nog niet veel te doen.)

Aangezien ik een ingangscapaciteit van 4,4pF meet, en Philips 5pF spect denk ik niet dat mijn printje ver naast de originele schakeling zit.... (Klopt met de iets lagere ingangscapaciteit van de MMBF416)

Ik heb de ingangscapaciteit gemeten door de 15Ω SMD ingangsweerstand uit het schema er uit te solderen en daar een 1k5 SMD voor in de plaats te zetten. Er verandert dus erg weinig qua bedrading etc.,en die fout van 15Ω neem ik voor lief...
De BNC is dus gewoon blijven zitten (en zat dus vóór de 1k5, en z'n capaciteit is dus niet meegemeten)

Inderdaad zijn de verschillen tussen BF512 en MMBF4416 niet groot. kijk ook maar naar mijn gemeten curven.
De lagere ingangscapaciteit van de MMBF4416 is hier nuttig, terwijl de lagere uitgangscapaciteit van de BF512 hier (bij een gain van 0,97x) niet veel uitmaakt.
Al met al denk ik dat ze hier redelijk equivalent zijn. Daar weet ik meer over als ik die BF512 gemeten heb

Maar ik denk er dus sowieso over om, om compensatie afwijkingen te voorkomen, een BF512 terug te zetten.

groet, Gertjan.

Op 16 juli 2016 17:39:50 schreef miedemaaarna ook nog het 1pF met 1k netwerkje aan de gate gehangen, Maar dat maakte geen enkel verschil. Ik denk omdat dat bedoeld is om bij hoogohmig gebruik resonanties te dempen, en hier niet van toepassing door mijn 50Ω afsluiting.

Ook daarmee om de kans op ongewenste oscillaties van deze sourcevolger te verkleinen wanneer die op een afstemkring zit aangesloten? Ook stopweerstanden R101 van 15 Ohm aan de ingang van de probe en stopweerstanden R108 van 10 Ohm aan de collector van V104 en R111 van 15 Ohm aan de collector van V106 moeten parasitaire oscillaties voorkomen. Dit soort schakelingen zijn erg gevoelig voor parasitaire oscillaties t.g.v. de gate-source capaciteit en de interne basis-emitter capaciteiten van de daarop volgende emittervolgers. Mede om deze reden dat er ook een FET en bipolaire transistoren zijn toegepast die voor gebruik in het GHz bereik zijn bedoeld, want die hebben zeer lage interne capaciteiten. Zie topic "Ongewenste oscillaties sourcevolger" op https://www.circuitsonline.net/forum/view/99678.

[Bericht gewijzigd door dawmast op zaterdag 16 juli 2016 22:12:29 (14%)

Ha Dawmast,

Dank voor je toelichting.
Stopweerstandjes zijn natuurlijk bekend. Maar goed om hier de noodzaak nog even te benadrukken.
Met plezier je source-volger topic gelezen. Dat kende ik nog niet.

Ik denk dat die R101 van 15Ω een dubbelfunctie heeft. Naast stopweertandje dient hij ook om (kabel)reflecties te dempen.
Bij mijn eigen Hi-Z in buffer had ik ook problemen met (kabel)resonanties (reflecties) bij hoge frequenties (700MHz..1GHz), en een klein weerstandje op die plek bleek de oplossing.

Aanvankelijk keek ik wat raar naar dat 1pF+1k netwerkje aan de gate.
Maar als je je realiseert dat R_i bij een C_in van 5pF boven de 100MHz toch nog maar een paar honderd Ohm is, dan valt het op z'n plek, en is een gate weerstand van nog maar 1k niet raar.

Het blijft leuk om, zo'n ogenschijnlijk simpel schakelingetje, steeds beter te doorgronden!

groet, Gertjan.

Ondertussen is er hier een hele trits BF512 FETjes van Hewlett door de brievenbus gegleden.
En vandaag had ik weer tijd voor de hobby...

Eerst de FETjes van Hewlett vergeleken met mijn origineel.
Ik zal jullie de curven besparen, maar hier is het overzicht:

Het belangrijkste verschil is dat de I_DSS van de Hewlett FETs wat lager ligt, en de steilheid net wat hoger. In m'n grafieken zijn ze duidelijk als 2 aparte groepen te onderscheiden.
Maar de verschillen zijn subtiel, eigenlijk gaan de Hewlett FETs net iets richting de Tek FET, de MMBF4416.
De spreiding tussen verschillende exemplaren BF512-Hewlett bleek heel klein.

Daarna een BF512-Hewlett op m'n testprintje gezet. Door hem diagonaal te solderen paste hij prima, net als in de originele probe

Weer frequentiecurven gemeten, en die zagen er vertrouwd uit:

Ze lijken zeer op de curven met de Tek FET.... Met de BF512 is de verzwakking 0,5dB minder. Het bultje rond 650MHz is min of meer identiek.
Overigens maak in me nu minder zorgen om afwijkingen aan de bovenkant van de frequentiecurve. In het ontwerp van de PM8943 zitten meerdere compensatiepunten om dat weer recht te kunnen trekken.

Ook weer de ingangscapaciteit bepaald:

Hier ligt het kantelpunt ten gevolge van de 1k5 serieweerstand nét iets hoger dan bij de MMBF4416. En dus de ingangscapaciteit net wat lager. Ik kwam uit op 3,68pF.

Waarom die ingangscapaciteit iets lager is kan ik (aan de hand van de datasheets) niet verklaren. Wel is het een extra argument om m'n probe te gaan repareren met een Hewlett BF512.

De vervorming bij volle uitsturing ligt iets hoger dan bij de MMBF4416. Rond 0,25% THD (tegen 0,1% bij de MMBF4416). Logisch omdat de BF512 dichter bij z'n I_dss ingesteld staat. Omdat bij lagere uitsturing de vervorming snel terugvalt richting verwaarloosbaar maak ik me hier niet zo'n zorgen over.

groet, Gertjan.

Zo, de probekop is weer gerepareerd

Zo ziet het printje van de probe er nu uit. Met 2 nieuwe torren en een nieuw massa contact:

Het ingangs FETje is nu een BF512 van Hewlett. De 2e tor, V104 / BFT25, heb ik ook vernieuwd. Z'n curven hadden een vreemde knik. Ik denk dat de ingangstrap toch eens een tik van een overload gehad heeft....

Opvallend overigens dat alle nieuwe torren die ik vergeleek met de originele BFT25 en BFR92 de dubbele h_fe hadden, en nog een vlakkere h_fe-I_c curve ook!

Het nieuwe massaveertje heb ik gefabriekt van een stukje contactmateriaal uit een connector.

In het manual stond uitdrukkelijk vermeld dat er gesoldeerd moest worden met zilverhoudend soldeer. (Omdat er componenten met verzilverde aansluitingen gebruikt worden)
Nu heb ik daar wel een flinke klos van liggen, maar dat is flink dik, 1,2mm diameter, bedoeld voor buizen werk. Daarmee SMDtjes solderen bleek een uitdaging

Daarna de hele probe opnieuw afgeregeld. Er zijn flink wat instellingen, en alle trimmers stonden op MAX! Kennelijk geprobeerd om ook zonder werkend ingangsFETje er nog zo veel mogelijk uit te krijgen
Het manual bevat een uitgebreide afregel procedure, waar ik 2x doorheen gegaan ben. Eerst ongeveer, daarna puntjes op de i.

Om optimaal te compenseren wordt steeds gebruik gemaakt van blokgolven, net zo als je een scoop probe compenseert.
Maar voor de HF kant waren daar véél betere spullen voor nodig dan ik hier heb: een blokgenerator met een risetime van <300pSec, en een sampling scope met een bandbreedte van >1GHz.....

Ik koos voor een alternatieve aanpak. Ik meette de frequentiecurve met mijn spectrum analyser. Door het gewenste gebied (100-800MHz) uit te vergroten, en een hoge RBW te kiezen, waardoor ik een snelle refresh kreeg, kon ik precies zien welke trimmer waar invloed had. En zag ik meteen het gevolg van een beetje trimmen.

En dit is het resultaat:

Een mooie rechte frequentiecurve! De vertikale resolutie is hier slechts 1dB/div.
Er zijn wel een paar minnetjes....
Hoewel de spec van 650MHz -3dB gehaald wordt, is de curve recht tot ong. 550MHz, en stort dan in....

Vervelender vindt ik die rimpel aan de bovenkant van de curve....
Natuurlijk is de amplitude van die rimpel minder dan 1dB, maar toch.
De vraag is natuurlijk: hoort dat gewoon zo, of is er nog wat mis.

Het kan natuurlijk gewoon aan de meetopstelling liggen, daar zitten diverse adapters etc. tussen:

Aan de ingang van de SA zit een verloop van BNC naar N, en een N -10dB verzwakker. Beide van Radiall, en gespect voor 3GHz, dus daar heb ik wel vertrouwen in.
Maar aan de TG uitgang zit een heel rijtje: van N naar BNC, een 50Ω afsluiter, en een verloopje van BNC naar probe tip....
Die 50Ω afsluiter heb ik ooit getest, en is maar tot krap 1GHz mooi, en een ander verloopje van BNC naar probe tip leverde al weer een dBje meer top-hoog op....

Toch geloof ik niet dat de rimpel hier vandaan komt. Ik heb flink gevarieerd in de manier van de probe aansluiten (zelfs met kabels er tussen) en die rimpel in de frequentiecurve veranderde weinig. Dus die komt echt uit de FET probe zelf.....

Waarschijnlijk zul je van die rimpel als je deze probe (zoals bedoeld) voor een scope hangt weinig merken....
Maar aangezien ik deze probe vooral als voorzet voor m'n SA wil gebruiken ga ik verder op zoek naar de oorzaak. Eerste gedachte is reflecties in de probe kabel. Er zit in de probekop dan ook een R en C om die te minimaliseren. Om daar mee te spelen moet je dan dus wel eerst zien dat je de probekop werkend hebt zonder behuizing (massaveertjes doorverbinden), en daar meetsignaal injecteren. Dat alles reflectievrij....

Het doosje met de knoppen wordt goed warm, zelfs heet... Dus verlopen weerstanden en/of slechte elco's zijn ook zeer goed mogelijk. Maar door de compacte opbouw, in meer lagen en componenten aan beide zijden van de print is ook hier vervangen lastig zonder totale sloop en renovatie....

Eerst maar eens kijken of ik door met m'n Hi-Z buffer hier en daar te meten een beter beeld kan krijgen van de oorzaak van die rimpel....

groet, Gertjan.

Hi Gertjan.

Mooi resultaat.

Ja kan aan de hand van de rimpel de frequentie bepalen.

Misschien is het contact veertje zijn inductie en/of de probetip.
Er is natuurlijk ook grote kans dat dit zo hoort bij deze probe.

Je had eigenlijk mijn hele probe koffer mee moeten nemen, stom dat ik daar niet aan gedacht heb...
Dat kan altijd nog

De warmte was mij ook al opgevallen en daar hebben we het even over gehad, en volgens mij had ik ook opgemerkt dat ik wat 78xx regelaars in de voeding wou zetten om de bulk van het te veel aan spanning de aan de versterker wordt aangeboden daar te dissiperen.

De versterker schakeling wordt dan minder warm en ook van een schonere voeding voorzien

Gegroet vanaf een zonnig terras!
Bram

Ha Blackdog,

Inderdaad kan het gewoon zo horen bij deze probe.....
Als ik je boekje terug breng kunnen we even met je SA naar jouw probe kijken. Ben benieuwd...

Inmiddels is wel duidelijk dat die rimpel uit de probekop zelf komt, of reflectie in de probe kabel is. Ik heb (met m'n Hi-Z buffer) gemeten op het punt waar de kabel het kastje in komt, en daar zag ik dezelfde rimpel.

Doordat ik een emittervolger vervangen heb door 1 met een hogere H_fe kan de uitgangsimpedantie nu lager zijn, en dus een misaanpassing.....

Mijn nieuwe contactveertje is inderdaad ook anders. De lengte is slechts zo'n 5mm, en kan niet veel anders zijn dan het origineel. maar het contactvlak met de probe-huls is wel kleiner dan bij het origineel. Ik heb te weinig RF ervaring om te kunnen inschatten of dat wat uitmaakt......
Ik zal kijken of ik straks een vergelijkende foto kan maken.

Wat die warmte betreft, de mijne wordt niet zo warm dat het me zorgelijk lijkt. Het kan ook zijn dat dat expres is om een stabiele omgeving te creëren (Beetje een oventje )
Kunnen we ook meteen vergelijken.

Geniet van je zonnige terras, hier komen net buien over!

groet, Gertjan.

Ik heb even een paar foto's van de massa contactveertjes gemaakt.
Misschien kunnen RF experts beoordelen of er op HF verschillende eigenschappen zijn.

Dit is het originele masssacontact:

En zo ziet mijn nieuwe massacontact er uit:

Beide veertjes zijn ongeveer 5mm lang. De afstand tussen print en waar contact met de probehuls wordt gemaakt is bij beide 2 à 2,5mm.
het enige verschil dat ik kan zien dat bij het origineel het contactoppervlak veel groter is....

nu snel de deur uit.....

groet, Gertjan.

Mooi gedaan, Gertjan.
Ik ben alleen altijd een beetje huiverig om soldeerverbindingen mechanisch te belasten. Vaak zie je dat ze na verloop van tijd loskomen.

Ha Rob,

Helemaal eens met de mechanische zwakheid van soldeerverbindingen.
Origineel heeft Philips dat beter gedaan door een U-tje te buigen, en dat aan boven en onderzijde van de print te solderen.

Mijn soldeer oplossing was zo simpel, en lag zo voor de hand dat ik het niet kon laten
We zullen zien hoe het houdt.... Ik heb goede hoop, omdat het oppervlak relatief groot is, en de krachten klein, en vooral constant zijn.

Wakker geschud door Blackdogs opmerking heb ik de frequentie van die rimpel gemeten. Dat blijkt 57MHz te zijn, met dus een golflengte van 5,26 mtr.
De lengte van de probekabel is 1,40 meter, ongeveer kwart lambda dus....
Morgen kijken of ik een opstellinkje kan bedenken om aan de afsluiting van die kabel te meten en hopelijk te optimaliseren.

groet, Gertjan.

Op die frequenties maken volgens mij de oppervlaktes niet zoveel uit...
Hij moet goed contact maken....
Je zit nog onder boven de 30cm golflengte met 800 MHz, dan doet een mm meer of minder er nog niet zo toe...
Als het nu 10 GHz was oid... (3cm golflengte)

Ha Jinny

Daar was ik na mijn rekensommetje van hierboven ook achter....
De oorzaak van mijn rimpel moet ik zoeken in iets van meters lengte, en geen millimeters....

Edit Of natuurlijk een resonantie van een LC kringetje ergens. Mogelijk door een verslechterde ontkoppel C of zo...

Maar omdat ik niet zoveel RF ervaring heb, en dat massaveertje wél een verandering t.o.v. het origineel is wilde ik het niet zomaar uitsluiten....

groet, Gertjan.

[Bericht gewijzigd door miedema op zaterdag 23 juli 2016 09:22:19 (16%)

Nog even een naschrift.....

Ik was bij Blackdog, en heb mijn Philips probe vergeleken met die van hem.
Zoals eerder hierboven geschreven had ik twijfels of mijn probe wel weer helemaal OK was, met name door de rimpel op de frequentiecurve, zoals hier:

En wat bleek? De probe van Blackdog produceerde een identieke curve...
Ook naar de ingangscapaciteit gekeken, die bleek ook identiek.

Ik kan m'n probe nu dus met een gerust hart als gerepareerd, en binnen specs beschouwen

groet, Gertjan.