Hallo, ich steh grad irgendwie aufm Schlauch. Ich hab nen Quarzoszillator in Colpitts-Kollektorschaltung vorliegen. Funktioniert auch wunderbar, nur versteh ich absolut net wie die Lastkapazität zustande kommt. Laut Datenblatt von Reichelt für den verwendeten Standard Quarz in HC-18 Bauform liegt die Lastkapazität bei 32pF. Als ich dann jedoch mithilfe eines Frequenzzählers(1s Messzeit) die Kapazitätswerte so angepasst habe, dass ich 16,00000MHz stehen hatte war ich überrascht wie klein die Werte sind. Der Trimmkondensator ist fast gar net genutzt und hat in seiner jetzigen Einstellung vllt 5pF. Wenn ich die Kapazitätsdiode vernachlässige (macht nen unterschied von vllt 1pF der Lastkapazität) komm ich auf einen Wert von C_L=(1/C30 + 1/31 + 1/CT) = ~14pF. CT beinhaltet C TRIMM1, C38 und C37. Das is ja mal deutlich unter dem Wert der Herstellerangabe. Bei der Schaltung eines OCXO vom ELVJournal siehts ähnlich aus (http://www.elv-downloads.de/service/manuals/OCXO400/OCXO400_KM_G_010502.pdf) Kann mir das einer erklären? Ist die Herstellerangabe viel zu hoch? In einer alten Version bei der ich zwischen 18pF und 25pF Lastkapazität lag, hab ich 15,997MHz gemessen.
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Das kann daran liegen, dass Du einen Quarz erwischt hast, der: -innerhalb der Fertigungstoleranz so etwa an der Grenze richtung tief liegt. -der gerade eine Temperatur hat, die eine Frequenzabweichung nach tieferer Frequenz erzeugt. Beide Abweichungen werden durch Ändern des Last-C ausgeglichen. Da der Quarz eine zu niedrige Ist-Frequenz hat, muss er durch entsprechend kleineres C "gezogen" werden. Hier ist möglicherweise der volle Ziehbereich ausgenutzt. Das Last-C ist ja nur ein Sollwert, der dann die Nennfrequenz ergibt, wenn der Quarz selbst gerade exakte Frequenz hat. Ach: hast Du auch die Streukapazitäten der Leiterbahnen berücksichtigt? Da kommen schnell zehn pF zusammen.
Also das mit den Streu kapazitäten wirds wohl sein, ich kam vorhin mal auf die kuriose idee zwischen den Quarzbeinchen die Kapazität mit meinem Digitalmultimeter zu messen. Das Resultat lag bei erstaunlichen 32-34pF is jetzt net sonderlich genau, aber der Wert kommt hin. Die Streukapazitäten werden dann bestimmt noch durch die ein oder andern wiederholten Lötungen begünstigt werden. Nja durch die GND Planes und den Leiterbahnen kommt da bestimmt was zusammen. Danke dir! Hatte mich bis jetzt komplett auf die Bauteile fixiert.
Du vergißt da ein paar Kapazitäten. Einmal das, was eventuell noch an der Kathode der Kapazitätsdiode liegt, die Shunt-Kapazität zwischen den Quarzanschlüssen von bis zu rund 7pF, bei Verwendung einer Quarz-Fassung sogar deutlich mehr, Streukapazitäten des Aufbaus und natürlich die Transistorkapazitäten. Außerdem darfst du den Angaben der meisten Versandhändler über die Lastkapazitäten ihrer Quarze meiner Meinung nach sowieso nicht trauen, die sind meistens falsch. Es gibt keine Standardlastkapazität für einen Quarz. Das ist ja nur der Wert, für den die aufgedruckte Frequenz stimmt. Die Lastkapazitäten bestimmt gewöhnlich der Kunde, in dem er Quarze aus einer großen Palette verschiedenster Lastkapazitäten auswählen kann. So steht es auch in fast jedem Datenblatt. Was der Hersteller letztendlich einem Versandhändler liefert, variiert gewöhnlich hinsichtlich der Lastkapazität. Da bekommt der Versandhändler oft einfach das, was der Hersteller so gerade auf Lager hat. Nur wenige Versandhändler nehmen das sehr genau. Wenn du auf Nummer Sicher gehen willst, mußt du bei Jauch, Auris, etc. direkt bestellen. >Das Resultat lag bei erstaunlichen 32-34pF is jetzt net sonderlich >genau, aber der Wert kommt hin. Naja, wenn es nicht sonderlich genau ist, kannst du die Messung eh vergessen. Und, nein, sie ist nicht genau, weil bei der Messung mit dem DVM die Transistoren völlig anders gebiased werden, als im regulären Betrieb. Kai Klaas
>Das Resultat lag bei 32-34pF ... ist jetzt aber nicht sonderlich genau.
Bei einem Quarz, der bei 30 pF Nennkapazität abgeglichen ist, darf die
Frequenz in einem Toleranzfenster von z.B. plusminus 30 ppm liegen.
Alleine um diese Fertigungstoleranz auszugleichen, muss das C-last in
der Schaltung um plusminus zehn pF verstellt werden. Dein Quarz ist
anscheinend ein sehr genau hergestelltes Exemplar.
>Bei einem Quarz, der bei 30 pF Nennkapazität abgeglichen ist, darf die >Frequenz in einem Toleranzfenster von z.B. plusminus 30 ppm liegen. >Alleine um diese Fertigungstoleranz auszugleichen, muss das C-last in >der Schaltung um plusminus zehn pF verstellt werden. Eine Simulation bestätigt deine Aussage: Wird ein Burdencap um +/-10pF verändert, ändert sich die Schwingfrequenz um rund +/-30ppm. Kai Klaas
Ich meld mich auch mal wieder zu Wort. Also zunächst mal handelt es sich beim Quarz um einen Standard Quarz von reichelt. Weiterhin beinhaltet die oben genannte Messung natürlich ebenso die Shunt Kapazität des Quarzbauelementes von ca. 6pf. Die statische Kapazität liegt also dementsprechend niedriger. Die Varaktodiode wurde in der Betrachtung ausgeschlossen, weil es mir um diese Große Abweichung ging, mithilfe der Varaktodiode kann ich die Frequenz in einem Bereich von 20ppm einstellen. Die Transistoreingangskapazitäten hatte ich ebenfalls mal berechnet, die liegen laut Datenblatt bei einigen pF. Aufgrund der "Reihenschaltung" der Basis-Emitter Strecken sollte sich deren Kapazität meiner ansicht nach halbieren(bei gleichem wert). Durch ihre Parallele Schaltung zu c30 mit 100pf sollte sich ihr Einfluss auf die Gesamtschaltung denkbar klein halten, oder? PS: danke für die Antworten!
Welche Genauigkeit besitzt eigentlich der Frequenzzähler und wann wurde er das letzte Mal kalibriert? Jens, Du bewegst Dich im Bereich der analogen Schaltungstechnik. Hier sind - im Gegensatz zur Digitaltechnik - Temperaturdrift, Alterung von Bauteilewerten, ... zu berücksichtigen. Was erwartest Du eigentlich? Diese Schaltung ist einige Jahrzehnte alt (so ca. 40 Jahre und bereits damals von Röhrenschaltungen aus den 1930er Jahren "abgekupfert"). Bernhard
Das ich mich hier in der analogen Technik bewege ist mir schon bewusst. Und das das ganze manchmal an Magie grenzt sowieso ^^ Nun habe ich mich natürlich auch mit den Themen Alterung und Temperaturabhängigkeit auseinander gesetzt, die entsprechende Schaltung wird ebenfalls im Bereich des Wendepunktes beheizt um die Temperaturabhängigkeit zu minimieren. Das Ganze Teil soll im nachinein genauer als ein ppm werden, was jetzt rein von der Einstellbarkeit schon möglich ist. Was die Alterung angeht muss ich mich später mal mit den Fitting Kurven zur Vohersage der Alterung auseinandersetzen. Bei meinem Frequenzzähler bekomme bei 1s Gatezeit eine Herzgenaue Angabe, geeicht wurde der mal 1990, sollte mal wiederholt werden... Was jetzt die Abweichung mit 30ppm angeht, so lieg ich durch Rechnung auf Basis von C0 mit 6pf und C1 mit 12fF, sowie eine Lastfrequenz von 16MHz für den gegebenen Toleranzbereich von 30ppm auf ~6pf Abweichung bei 32pf Last. Kommt also auch hin.
Im Moment ist mir Deine Fragestellung nicht mehr so klar, aber eine Bemerkung zur scheinbaren Lage des C am unteren Rande des möglichen Bereichs. Wenn der Quarz temperiert ist ( so bei 70 Grad), liegt seine Frequenz im Minimum der Temperaturkurve. Man muss ihn bei 70 Grad durch Verkleinern der Lastkapazität "aufwärts" ziehen, damit er die Sollfrequenz erreicht. Dass dann die Kapazität kleiner ist als die dreißig pF ist also ganz klar. Wenn es sich dann noch zusätzlich um einen Quarz handelt, der am unteren Rande der Fertigungstoleranz liegt, muss man die Kapazität weiter verkleinern. Der von Dir festgestellte Kapazitätswert ist also völlig im Rahmen des zu Erwartenden bzw. so schlimm wie es bei Ausgleich der Temperaturablage UND Fertigungstoleranz werden kann, ist es ja garnicht.
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