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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Quarzoszillator dimensionieren


Autor: NGB (Gast)
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Hallo,
wir müssen einen 100kHz-Quartzoszillator bauen, aber ich hab keine 
Ahnung wie man den dimensioniert...
Unser Lehrer hat uns eine Schaltung mit 2 NANDs, 4R und 3C gegeben, 
jedoch ist die für ein 1MHz Quarz...
Kann ich die Größen so lassen oder muss ich die neu dimensionieren, und 
wenn nein, wie?
danke

Autor: Ronny (Gast)
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Ohne die Schaltung kann man dazu nur sagen:

Ja,es muss auf jeden Fall neu dimensioniert werden.An mindestens einer 
Stelle formen die R und C nähmlich ein Zeitglied (Kondensator 
lädt/entlädt sich über einen Widerstand).

Am NAND sind dann wahrscheinlich die 2 Eingänge verbunden und am Ausgang 
befindet sich eine R-C-Kombi die den invertierten Ausgangspegel nach 
einer Verzögerungszeit t an das zweite NAND übergibt wo sich das Spiel 
wiederholt.An einem der Ausgänge kann man dann z.B. einen Schmitttrigger 
dranhängen an dessen Ausgang man dann UNGEFÄHR die berechnete Frequenz 
abgreifen kann.Um genau auf den gewünschten Wert zu kommen ist dann 
allerdings ein Poti anstatt eines Widerstands nötig,mit dem nachgeregelt 
werden kann.

Das ganze ist dann übrigens kein Quarzosszillator,da eben jenes 
Bauelement nicht in der Schaltung benötigt wird.Für einen 
Quarzosszillator ist mindestens eine Verstärkerschaltung(OPV) und ein 
Filter nötig.

Autor: W. Nickel (Gast)
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Und Quarzoszillatoren dimensioniert man in Längeneinheiten, denn da 
bestimmen die geometrischen Abmessungen die Frequenz.

Autor: NGB (Gast)
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Das ich n 100kHz-Quarz brauch ist mir auch klar ;)

ja, so ähnlich sieht die Schaltung aus, bloß statt dem Poti ist da eine 
Ziehkapazität, die wird dann wohl für die genaue Regelung sein
Ich hab die Schaltung mal angehängt...
Statt dem Schmitt-Trigger haben die n NAND genommen, wird dann wohl so 
gehen, unser Lehrer kann dann ja nich meckern wenn nich, der hat uns das 
ja gegeben ;)
Kann mir denn bitte einer erklären wie ich die Cs und Rs für 100kHz 
berechne, bzw. Formeln dafür geben?
Thx

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

die Schaltung ist in durchaus üblich gewesen. Die NAND werden als 
"lineare" Verstärker betrieben, die Eingangsspannung wird mit dem 
Spannungsteiler in den verbotenen Bereich gelegt.

Vermutlich schwingt sie auch ohne Änderungen mit einem 100kHz-Quarz an.

Ob man die Schaltung sinnvoll berechnen kann, weiß ich nicht. Die 
konkreten Daten des NAND gehen stark in die Funktion ein.

Man konnte auf diese Art ein 7400 durchaus als Kopfhörer-NF-Verstärker 
mißbrauchen...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: rf-bug (Gast)
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Hi,

schau dir die SW mal an. Damit solltest du eigentlich deine Schaltung 
simulieren können. Mit der Studentenversion sollte es ausreichend sein.
http://www.aplac.com/

Gruß

Autor: NGB (Gast)
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Thx, mit APLAC komm ich noch nich so zurecht, muss ich mir dann n 
anderes, mal angucken...
Wenn Michael sagt, dass das so gehen müsste, mach ich das einfach mal 
so...
Oder hat da jemand bedenken, dass das nich geht? ;)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Normale Gatter sind so ziemlich das schlimmste, was man nem Quarz antun 
kann.

Sie schwingen gerne auf alles mögliche, nur nicht auf der Quarzfrequenz.

Und wenn doch, dann sind sie mindestens 2 Zehnerpotenzen unstabiler, als 
ne Transistorschaltung.

In MC-Blockschalbildern ist zwar oft ein Digital-Inverter als 
Oszillatorsymbol gezeichnet, aber die sind speziell für den 
Analogbetrieb dimensioniert (niedrige Verstärkung, hohe 
Ausgangsimpedanz, interne Gegenkopplung).


Nimm nen Transistor, anbei ne einfache Schaltung.
Bei 100kHz mußt Du eventuell größere Kondis (100pF) nehmen.


Peter

Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

ich weiß zwar nicht, wie sich heutige 100kHz-Quarze verhalten, früher 
waren die in einer Dreipunktschaltung nicht zum Schwingen zu überreden.
Üblich war ein 2-Stufiger Verstärker mit dem Quarz im Rückkopplungszweig 
in Serienresonanz. Daß die Stabilität mit dem Mißbrauch der NAND-Gatter 
leidet, stimmt prinzipiell. Kommt aber drauf an, was man vorhat. Diese 
Schaltungen wurden selbst als Zeitbasis für Frequenz für Frequanzzähler 
oder als Eichpunktgeber benutzt, mit entsprechend geringeren 
Anforderungen an die Genauigkeit.
CMOs-Gatter nehmen, die Widerstände so hoch wählen, daß der Quarz gerade 
noch sicher anschwingt, das nachfolgende Gatter macht die Sache 
lastabhängig genug.

Ich bin mir jetzt nicht sicher, warum Schaltungen, die vor 30 Jahren 
schon gingen, heute ihren Zweck nicht mehr erfüllen sollen, wenn sie den 
gewünschten Anforderungen genügen.

Gruß aus Berlin
Michael


Autor: Michael U. (Gast)
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Hallo,

als Nachtrag immernoch gut zu lesen das Quarzkochbuch:
http://www.qsl.net/dk1ag/buch.html

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: rf-bug (Gast)
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Stimmt !

Quarzkochbuch = BIBEL !

Immer wieder gerne her genommen.
Gruß

Autor: A.K. (Gast)
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Drum verwendete man zumindest früher dafür gerne "unbuffered CMOS", also 
CD4049UB/CD4069UB, heute mögen dafür die 74HCU04 zuständig sein. Das 
sind nämlich die von Peter erwähnten Varianten für den Analogbetrieb.

Autor: NGB (Gast)
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Also das soll schon für einen Frequenzzähler sein
Muss also nicht ganz genau sein, hauptsache das schwingt, kann man ja 
mit der Kapazität einigermaßen einstellen...
CMOS solln wir nicht verwenden, weiß ich jetzt auch nicht mehr genau 
weshalb
Aber so wie die Schaltung jetzt ist, sollte der auch mit ca. 100kHz 
schwingen, oder?
Mehr will ich ja gar nich ;)

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Michael U. wrote:

> Ich bin mir jetzt nicht sicher, warum Schaltungen, die vor 30 Jahren
> schon gingen, heute ihren Zweck nicht mehr erfüllen sollen, wenn sie den
> gewünschten Anforderungen genügen.


Sie sind heute nicht anders als damals, sie waren damals auch schon 
Mist.

Ich hatte mir damals nen 8-stelligen Frequenzzähler (8*74192) gebaut und 
auch in gutem Glauben 2 7400-Gatter mitm 1MHz Quarz verwuselt.

Die letzten 3 Digits zappelten wie wild beim Messen 
atomuhrstabilisierter Zeilenfrequenz oder Pilotton.

Dann den Transistor reingebaut und alle Digits standen wie in Stein 
gemeißelt.


Peter

Autor: rf-bug (Gast)
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Hi NGB,

schau dir evtl. mal LTspice/SwCADIII von Linear.com an.
Scheint etwas einfacher zu sein und du solltest es damit simuliert 
bekommen.

Gruß

Autor: Christoph Kessler (db1uq) (Gast)
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Ein Quarz für 100 kHz ist anders aufgebaut, als einer für 1 MHz
http://www.axtal.com/data/buch/Kap2.pdf
der ähnelt eher den Uhrenquarzen auf 32 kHz.

Autor: Arno H. (Gast)
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Wenn der Oszillator auch in der Praxis genutzt werden soll, solltest du 
mal hier gucken:
https://www.elektronik-fundgrube.de/
Unter Oszillatoren / TCXO findest du einen mit 12,8 MHz und 1ppm.
Schmitt-Trigger/Komparator dahinter und mit 7 FF durch 128 teilen, 
fertig sind die 100kHz.
Die Genauigkeit dürfte wesentlich besser als ein Selbstbau sein.
Arno

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