Hi
ich brauche für eine Bastelei eine Quarzstabile Frequenz von 25 MHz.
Dazu habe ich mit einem JFET J310 den ich noch in der Grabbelkiste
gefunden habe einen Colpitts-Oszillator aufgebaut. Ansich funktioniert
der auch ganz gut, die 25 MHz kommen schön stabil raus, aber das Problem
ist, dass ich noch zu viele Harmonische habe. Mein Spek sagt, dass die
Harmonischen bis zur 5. Oberwelle hoch reichen. Das ist schlecht!
Meiner Meinung nach liegt es daran, dass ich eine viel zu grosse
Schwingungsamplitude habe, nämlich 5 V-pp. Wie bringe ich es fertig,
dass meine Schwingungsamplitude kleiner wird? soll ich besser einen
Clapp-Oszillator verwenden, oder wie macht man am besten einen solchen
Quarzoszi?
Allgemein: wie bekomme ich die Amplitude noch besser in den Griff.
Schlussendlich möchte ich die 25 MHz an 50 Ohm haben mit einer Leistung
von 7 dBm. Geht sowas?
Gruss.
Die Schwingungsamplitude stellt sich so ein, dass die Schwingbedingung
(Vs praktisch=1) gerade noch erfüllt ist. Sie hängt also von
aussteuerungsbedingten Nichtlinearitäten (Kompression) ab und ist ohne
weiteres nicht definiert einstellbar. Man kann eine Amplitudenregelung
dazubauen oder durch Zuschalten nichtlinearer Bauelemente (Dioden) bei
bestimmten Pegeln eine Verstärkungsabsenkung erzwingen.
Zur Weiterverwendung des Oszillatorsignals solltest du das
rückwirkungsarm vom Oszillator abnehmen, dabei kannst du wie z.B. hier:
Beitrag "Re: Auskopplung aus Oszillator."
auch gleich die Amplitude einstellen ohne irgendwelche Regelungen oder
Begrenzungen im Oszillator selbst.
Tippgeber schrieb:> Allgemein: wie bekomme ich die Amplitude noch besser in den Griff.> Schlussendlich möchte ich die 25 MHz an 50 Ohm haben mit einer Leistung> von 7 dBm. Geht sowas?
Für so eine hohe Leistung brauchst du noch mindesens eine Vestärkerstufe
hinter dem Oszillator. Du könntest einen Tief- oder Bandpass zwischen
Oszillaotr und Verstärker schalten, der die Oberwellen unterdrückt.
Hallo
das mit den beiden antiparallelen Dioden habe ich eben in LTspice
eingebaut. Es funktioniert, die Amplitude wird tatsächlich auf einen
vernünftigen Wert begrenzt! Die Dioden habe ich allerdings parallel zum
Quarz. 'Darf' man das so? im Prinzip wird der Quarz so ja mit den Dioden
belastet?
Die Dioden direkt am Quarz sind schlecht, denn ihre je nach Begrenzung
veränderte (Diffusions-)Kapazität beeinflusst die Schwingfrequenz.
andre Möglichkeiten:
-Verringere den Source-Strom des Transistors. Je weniger Strom, desto
geringer wird die Steilheit des Transistors und desto weniger scharf
wird der Begrenzungseinsatz und desto weniger scharf die Ecken im
Sinusverlauf.
-setze einen Gegenkopplungswiderstand in reihe zur Source oder erhöhe
ihn. Auch durch diesen wird der Überschuss an Verstärkung zurückgenommen
und die Begrenzung sanfter.
-Ändre das Teilerverhältnis der Kondensatoren C1 und C2 der
Colpitts-Schaltung. Auch das dreht an dem Verstärkungsüberschuss der
Schaltung und damit an der Schärfe des Begrenzungseinsatzes.
-Belaste den Oszillator mit Reihenwiderstand zum Drain. Dann wird die
Amplitude nicht durch Spannungsbegrenzung sondern Strombegrenzung
beeinflusst. Die könnte evtl. etwas weicher einsetzen.
aufwändig, aber wahrscheinlich die beste Lösung:
-Nimm eine Regelschaltung, die am Source-Strom eingreift. Dann wird die
Amplitude nicht durch Begrenzung sondern durch die beinah stetige
Steuerung per Source-Strom beeinflusst. Optimiere dabei den
Spannungsteiler der Colpitts-Schaltung.
Hallo allerseits
damit wir nicht länger im Nebel stochern müssen hier habe ich meine
Schaltung mal angehangen. Im 1. Bild sieht man das Startverhalten des
Oszillators. Ich denke dieses ist ganz plausibel. Dann im 2. Bild sieht
man, wie die Ausgangsspannung stark verzerrt ist - genau das will ich
nicht. Ich möchte, sofern möglich, eine einigermassen definierte
Amplitude und es soll bitteschön sinusförmig sein. Und, was auch
interessant ist: diese Schaltung wie ich sie jetzt hier angehangen habe,
funktioniert nur mit diesem Quarzmodell. Wenn ich das Modell eines
anderen Quarzes, z.B. 10mH, 12fF einbaue, dann schwingt es nicht, und
ich muss an C2 und C3 herum doktern.
Ausserdem habe ich das Gefühl, dass ich mit diesen ganzen
Kondensatorbeschaltungen den Quarz zu sehr belaste und ihn damit
ungewollt ziehe. Aber das will ich nicht, ich möchte eine möglichst
wenig gezogene Frequenz. Später möchte ich noch zwei Varaktoren einbauen
und den Quarz mit diesen gezielt ziehen, aber fürs erste gerne eine
feste Frequenz.
Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden
oder die Regelung einbauen würde.
Gruss
Tippgeber schrieb:> Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden> oder die Regelung einbauen würde.
Es gibt von Bernd Neubig eine Veröffentlichung, darin wird ein "Extrem
rauscharmer 96-MHz-Quarzoszillator" beschrieben:
http://www.qsl.net/dk1ag/96mhz.pdf
Diese Schaltung hab ich auch schon mal mit einem 10 MHz-Quarz aufgebaut,
die Bauteile natürlich entsprechend an diese kleinre Frequenz angepasst
und das hat ganz gut funktioniert.
Der Trick darin ist, dass die Amplitudenbegrenzung nicht direkt am Quarz
gemacht wird, sondern im Feedback-Netzwerk, so dass dieser dadurch nicht
belastet wird. Dadurch erreicht man eine sehr hohe Stabilität und
geringes Phasenrauschen.
Du darfst aber nicht erwarten, dass die Schwingung dadurch komplett frei
von Oberwellen ist. Wenn deine Anforderungen da sehr hoch sind, wirst du
evtl. trotzdem noch einen Oberwellen-Filter benötigen.
Prinzipiell erzeugen diese Oszillatoren (Colpitts bzw. Clapp) immer
Harmonische, wenn man am Source auskoppelt. Am Quarz direkt ist das
Signal ziemlich sauber. Dort kann mit einem zweiten Transistor
ausgekoppelt werden.
Beim Clapp gibts ja den Kondensator vom Quarz auf GND. Dieser
"Zieh-"Kondensator wird oft als Trimmer ausgeführt, um die genaue
Frequenz einstellen zu können. Dort kann ein sauberes Signal abgegriffen
werden. Der Puffer sollte den Quarz möglichst wenig belasten, denn die
Spannung ist da zwar relativ hoch, aber mit hoher Impedanz.
Ein JFet hat ja schon eine Diode (GS-Strecke) eingebaut und kann
besonders bei einer festen Frequenz selber ein wenig nachregeln.
> Verringere den Source-Strom des Transistors.
Bei relativ hohem Sourcewiderstand kann das Gate negativ genug gegenüber
Source werden. Einfach mal anstatt dem Sourcewiderstand ein Poti
einbauen und so hochohmig machen, daß der Oszillator gerade noch sicher
anschwingt.
Die Alternative dazu wurde ja schon genannt: Laß den Quarz einfach
schwingen und filtere anschließend. Je nach Anwendung muß sowieso
gepuffert werden.
PS
Schalte mal eine Induktivität ~100µ in Reihe zu R1.
Tippgeber schrieb:> Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden> oder die Regelung einbauen würde.
Dir bleibt doch nur die Bergrenzung am Quarz selbst, wenn du das mit
einfachen Dioden machen willst, denn nur dort ist das Signal auch
nullsymmetrisch, an allen anderen Stellen der Schaltung nicht. Du
bindest also zwei entgegengesetzt parallel geschaltete Reihenschaltungen
von z.B. 3 1N4148 über einen rel. niederohmigen Widerstand an den Quarz.
In meiner Simulation funktioniert das gut.
Die Dioden haben bei U=0V etwa 1pF Die Reihenschaltung von 3 Stück
demnach 0,33pF und die Parallelschaltung der beiden Strecken 0,66pF. Das
ganze ist dann über einen (zu optimierenden, möglichst hochohmigen)
Widerstand parallel zum Quarz. Das sollte viel weniger Einfluss haben
als C5.
ArnoR schrieb:> Die Dioden haben bei U=0V etwa 1pF Die Reihenschaltung von 3 Stück> demnach 0,33pF und die Parallelschaltung der beiden Strecken 0,66pF. Das> ganze ist dann über einen (zu optimierenden, möglichst hochohmigen)> Widerstand parallel zum Quarz. Das sollte viel weniger Einfluss haben> als C5.
Beim Begrenzen werden die Dioden aber leitfähig. Und da wird die
Kapazität durch die Trägerinjektion wesentlich vergrößert. Bei leitenden
Dioden erhöht sich C schlagartig.
Eine Diodenkette als Begrenzer zu nehmen ist eine gute Lösung, der die
Oberwellen erzeugende Kennlinienknick bzw. Begrenzungseinsatz wird
dadurch sanfter. Aber es sollten keine Logikdioden sondern die
schnelleren Kleinsignal-Schottky-Dioden sein, bei denen die Kapazität im
Durchlassbetrieb geringer ist.
Auch die Induktivität in reihe zum 150-Ohm-Widerstand ist
empfehlenswert. Ohne diese bedämpft der 150-Ohm-Widerstand den
Schwingkreis unnötig.
Hmm also mit Dioden über dem Quarz schwingt das alles relativ schlecht
an.
Da brauche ich im Feedback-Netzwerk riesige Kondensatoren, damit sich
eine Schwingung aufbaut gemäss LTSpice (Grössenordnung 100p). Das ist
viel zu viel und ich denke dadurch wird der Quarz unnötig stark gezogen
:-(
HA! ich habe jetzt, wie von Peter empfohlen, eine Induktivität beim
Source rein gesetzt. Und zu allem zu habe ich für die Begrenzerdioden
BAT54 verwendet statt 1N4148. Die BAT sind schneller.
Und damit funktioniert der Oszllator zumindest jetzt in Spice schon sehr
gut, schwingt zuverlässig an, hat eine berechenbare Amplitude und der
Quarz wird nicht zu sehr belastet. Die Frage ist jetzt nur noch die
Auskopplung. Ich habe dafür jetzt auch einen JFET verwendet als
Sourcefolger. Da ich einen 50 Ohm Ausgang will, habe ich den
Source-Arbeitswiderstand auf 50 Ohm festgelegt. Gäbe es noch bessere
Möglichkeiten?
Gruss.
Tippgeber schrieb:> Da ich einen 50 Ohm Ausgang will, habe ich den> Source-Arbeitswiderstand auf 50 Ohm festgelegt.
Ja und? Der Ausgangswiderstand Ra des Sourcefolgers ist nicht gleich dem
Sourcewiderstand Rs, sondern etwa Ra~1/S||Rs (S=Steilheit im AP). Für
einen 50R-Ausgang musst du einen passenden Widerstand in Reihe zum
Ausgang schalten.
> Gäbe es noch bessere Möglichkeiten?
Ich hatte eine oben schon genannt:
Beitrag "Re: Auskopplung aus Oszillator."
Gerade bei nichtlinear arbeitenden Schaltungen, und das sind
Oszillatoren, ist eine Simulation meistens recht unvollkommen. Da kann
man nur ahnen, wie sich die Schaltung in der Realität verhält. Bei der
Frequenz von 10MHz sind die Kondensatorwerte nur Orientierungswerte.
Wegen der Streukapazitäten in der Schaltung und auch wegen der ungenauen
Werte des Ersatzbildes.
Tippgeber schrieb:> Das ist> viel zu viel und ich denke dadurch wird der Quarz unnötig stark gezogen> :-(
die 2x 100pF wirken als 50 pF Last. Wenn man 30pF Lastkapazität braucht,
schaltet man dann ca.70 pF in reihe zum Quarz, dann "sieht" der Quarz
die Reihenschaltung 70,50,50, also 30 pF und man hat dann einen Quarz,
der für 30pF Last hergestellt ist, genau auf seine Frequenz gezogen.
Hallo Analogtechnikfreunde
ich habe gestern den Quarzoszi aufgebaut.
Mit C1, C3 = 33 pF und C2 56 pF. Als Quarz habe ich irgend einen
Bastelquarz aus der Kiste genommen mit 10 MHz. Transistor ist ein
BF245C, hatte keinen 309er mehr :/
so und was soll ich sagen, der Oszi schwingt, selbst ohne Begrenzer hat
er schon recht wenig Oberwellen, anders als man aufgrund von Spice
vermuten würde. Die Amplitude ist ca. 5Vss (!). Wenn ich jetzt den
Begrenzer rein mache, verschwinden noch ein paar mehr Oberwellen und die
Amplitude am Source ist ca. 1.5Vss - genau wie es sein soll! werde bei
Interesse noch ein Bild vom Spektrum machen. Eine Oberwelle bei 30 MHz
und eine bei 40, dann ist schluss - das dürfte einfach zum rausfiltern
sein, denke ich.
Zum Quarz dazu habe ich noch einen kleinen Trimmkondensator verbaut. Mit
diesem kann ich die Frequenz des Quarzes etwas ziehen; weil der Trimmer
nicht so gross ist ist der Ziehbereich auf ca. 3 kHz beschränkt. So
konnte ich den Oszi gestern Abend mit Hilfe eines Frequenzzählers aus
10.000000 MHz abgleichen :-)
