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Rauscherzeugung mit der BE-Diode (@Thomas!) /editiert (Elektronik)

verfasst von Hartwig(R), 06.12.2016, 00:12 Uhr
(editiert von Hartwig am 06.12.2016 um 12:27)

Hallo Thomas (und die es sonst interessiert),

anläßlich des Threads von Matthes vor einigen Tagen hatten wir einige Gedanken zur Rausch-Schaltung ausgetauscht. Ich habe mich derweil etwas damit befaßt und einige Beobachtungen gemacht:

1) Die Messungen an einer "BE-Rauschdiode" sollten unbedingt mit einer Stromquelle erfolgen, sonst gilt "WMMM", da ja das Rauschsignal wiederum die Schwelle für den Einsatz des Avalanche-Durchbruchs beeinflußt. Ich habe einen LM334 genommen, so konnte ich von 0,1µA (außerhalb der Specs) bis 10mA messen.

2) Ich habe 9 verschiedene Si-NPN-Tranistoren gemessen (2N2222, 2N5836(HF), BC108, BC223, 2N2219, BC546, 3x C546). Die Rauscheigenschaften der BE-Diode streuten sehr stark, so dass mit diesen Messungen eine Zuordnung von Rauschen und Transistortyp nicht möglich war (z.B. extreme Streuungen innerhalb der Gruppe der 3 C546!).

3) Alle Transistoren zeigten ein Maximum der Rauschspannung zwischen 10µA und 100µA. Ab 100µA war oft ein drastischer Abfall der Rauschspannung zu beobachten, einhergehend mit einer Signaländerung von monophasischen Rauschen zum biphasischen Rauschen.

4) Hier z. B.: http://holdenc.altervista.org/avalanche/ findet man eine Schaltung, bei der die Rauschdiode zwischen Kollektor und Basis eines Transistors liegt. Die Funktion war mir zunächst nicht klar, da ich so eher eine Gegenkopplung und somit Dämpfung des Signals erwartet hätte. Das angehängte Bild mit den Oszillogrammen am Kollektor (CH1) und der Basis (CH2) des 2N4401 zeigt sehr schön, was passiert: In CH1 sieht man Spannungsanstiege, die auf den Aufbau einer Ladung hindeuten (Allerdings wäre hier überschlägig eine Kapazität im nF - Bereich wirksam, was unwahrscheinlich ist, ich vermute hier evtl. einen Meßfehler. Die Ankopplung des Oszis ist es nicht (kein Unterschied ob 1:1 oder 10:1 Tastkopf), der LM334 verursacht das ebenfalls nicht, ich habe ihn versuchsweise durch einen R ersetzt. Allerdings könnte die scheinbare Kapazität evtl. durch das ß des 2N4401 "erzeugt" werden, dann könnte es passen). Nach dem Spannungsanstieg erfolgt eine Entladung, die sich als Spannungsspitze in CH2 (Basis des 2N4401) zeigt. Evtl ist das der Avalanche-Effekt, aber da bin ich keinesfalls sicher. Auf jeden Fall sieht man, dass sich eine Spannung aufbaut und dann der Durchbruch erfolgt. Das erklärt auch, dass es zu keiner Dämpfung durch Gegenkopplung kommt. Allerdings stellt sich mir hier die Frage, ob diese recht typische Ladezeitkonstante nicht den Zufallscharakter des Rauschsignals in Frage stellt.

edit:
läßt man den 2N4401 weg, so ist der "Ladeffekt" stark reduziert, die hohen Frequenzanteile im Rauschen steigen enorm an. Allerdings dürfte das für NF unerheblich sein, da selbst mit dem "Schleich" so um die 500kHz erreicht werden.

Nachtrag:
betreibe ich die BE-Diode mit 1µA und werte die Kurvenform aus, kann ich daraus eine Kapazität von um die 100pF errechnen. Das scheint plausibel.Dementsprechend steigt der HF-Anteil des Rauschens mit zunehmenden Strom. Um 300µA sehe ich dann keinen Einfluß des Stromes auf den HF-Anteil mehr, aber da bin ich dann auch in der Gegend der Fo vom Oszi.








Grüße

Hartwig

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Rauscherzeugung mit der BE-Diode (@Thomas!) /editiert - Hartwig(R), 06.12.2016, 00:12 (Elektronik)