Dieses Projekt hatte ich schon vor einiger Zeit an einem freien Wochenende gebaut. Nun ist endlich mal Zeit, das hier zu dokumentieren. Ich wollte schon immer die Bandbreite von meinen beiden Oszilloskopen testen, ein Analoges und ein Digitales, wusste aber nicht wie. Hilfe gibt es vom Avalanche-Effekt auch Lawinendurchbruch genannt, der sich in der Raumladungszone im p-n Übergang eines Halbleiters abspielt. Bei dieser Art des Durchbruchs werden freie Ladungsträger exponentiell vervielfacht, was zu einem sehr schnellen Anstieg der Stromstärke führt. Mit anderen Worten: Man kann extrem schnelle bzw. steile Impulse erzeugen.
Idee
Die Idee hatte ich von diesem Artikel hier: Avalanche Pulse Generator Build Using 2N3904. Der Aufbau ist sehr simpel, benötigt aber mindestens 120V. Zum Glück kommt die Schaltung ohne spezielles Bauteil wie z.B. eine Avalanche-Diode aus. Es eignen sich viele Standard-Transistoren, die man in der Bastelkiste hat für den Avalanche-Effekt und einige 2N3904 waren vorhanden. Also kurzerhand eine kleine Lochrasterplatine zurechtgesägt, die Teile zusammengesucht und ans Werk.
Die Schaltung
Die Hochspannung erzeugt ein guter alter 555, nach einer Schaltung, die ich schon mehrfach verwendet hatte, unter anderem im VU-Meter mit EM84. Der eigentliche Generator besteht aus nur 6 Bauteilen wie im Schaltbild zu sehen ist.
Aufbau
Zunächst hatte ich den 2N3904 ausprobiert. Bei meiner Transistor-Charge von SEGOR-electronics GmbH Berlin tritt der Avalanche-Effekt bei 130V ein. Bei Segor hatte ich auch ein paar 2N2369A erstanden, die schon bei ~90V den Lawinendurchbruch haben, für die ich mich dann schlussendlich entschieden habe. Vermutlich gibt es große Streuungen gibt je nach Hersteller und Produktionsjahr, man muss wohl etwas experimentieren.
Nach kurzer Zeit war die kleine Schaltung dann fertig zusammengelötet und alles funktionierte auf Anhieb wie geplant. Sehr gespannt war ich nun auf den Test der Bandbreite meiner zwei Oszilloskope. Für die Berechnung der Bandbreite aus der Anstiegszeit gibt es meines Wissens nach keine exakte Formel. Üblicherweise wird die Bandbreite mit 0,35 geteilt durch die Anstiegszeit berechnet. Die Anstiegszeit des Signals ist dabei die Zeit in der das Signal von 10% auf 90% des Endwertes ansteigt.
Oszilloskoptests
Als erstes war das gute alte analoge Tektronix 2465B (Baujahr 1991) dran.
Der Bildschirm hat Markierungen bei 10% und 90% und einen Cursor für Δt. So kann man die Kurve prima einstellen und relativ genau ablesen. Die ermittelten 0,78ns Anstiegszeit ergeben eine Bandbreite von immerhin ca. 450MHz. Das ist deutlich mehr als der Hersteller angibt und ich bin sehr zufrieden.
Als nächstes wurde das digitale Modell TDS784C (Baujahr 1996) angeschlossen.
Das Gerät kann eine automatische Messung der Anstiegszeit vornehmen. Das Ergebnis ist ziemlich genau 1GHz Bandbreite, was auch der Hersteller angibt für das Gerät. Interessant war für mich, dass es nach einem initialen Anstieg auf etwas mehr als 10% so eine Art Pause gibt, nach der das Signal dann sehr schnell weiter wächst. In der Vergrößerung ist das besser zu sehen.
Gehäuse
Summa summarum war alles wie erwartet und ich habe wieder einiges gelernt bei diesem Versuch. Am Ende habe ich der Schaltung noch ein kleines chices Gehäuse spendiert, was mittlerweile sogar beschriftet ist.
Hallo,
auf der Suche nach einem Störgenerator (ich will meine selbstgebauten Schaltungen einmal auf Störsicherheit testen) kam ich als Alternative zum Störgenerator auf den Avalanche-Generator und darüber auf diese Seite. Ich habe mir das Ganze durchgelesen und bin zu dem Entschluss gekommen, dass diese Schaltung genau das ist, was ich gesucht habe. Jetzt habe ich nur 2 Probleme:
1. Könnten Sie mir das Schaltbild als PDF zuschicken? Ich kann die Bauteilwerte nur sehr schlecht lesen.
2. Wie messe ich mit diesem Generator? Ich gehe einmal davon aus, dass ich das Generatorsignal nicht direkt auf meine zu testende Schaltung gebe. Muss ich das Generatorsignal über einen Kondensator einkoppeln, umwickel (wie viele Windungen) ich mit dem Gerneratorsignal meine Messleitung, lege ich das Generatorsignal parallel zu meiner Messleitung?
Ich vergas zu erwähnen, dass ich aktuell eine Füllstandsmessung für meine Zisterne baue.
Mit freundlichen Grüßen
Detlef Gintschel
Hallo Herr Gintschel,
das Schaltbild ist als pdf auf dem Weg.
Punkt zwei ist sehr interessant. So ein steiles Signal hat natürlich jede Menge Oberwellen, die dann Störungen erzeugen können. Auf die Idee, den Generator als Störquelle zu verwenden bin ich noch gar nicht gekommen. Eine genaue Anleitung kann ich deshalb leider nicht geben, nur ein paar Hinweise.
Der Impuls selbst hat eine relativ geringe Energie von ~ 0,12 µJ. Egal wie sie das einkoppeln wird ziemlich sicher nichts zerstört. Jede EMV-Prüfung arbeitet mit Impulsenergien in ganz anderer Größenordnung. Eine kapazitive Kopplung würde ich im Bereich 1 bis 47pF variieren. Ich würde das auf alle Leiter einkoppeln, quasi als Gleichtaktstörung. Den gleichen Effekt hätte das Umwickeln der Leitung. Das ist es aber schwerer zu berechnen, da der Abstand, also die Dicke der Isolation die Kopplung stark beeinflusst und nicht so einfach zu bestimmen ist.
Ich hoffe, dass die Füllstandsmessung für die Zisterne störsicher funktioniert. Wichtig wären symmetrische Signale vom Messpunkt zur Verarbeitungsstelle bei längeren Wegen.
Viele Grüße,
Uwe