Neil Hecht hatte vor etwa 20 Jahre dieses LC-Meter entwickelt und es ist
wohl abertausendfach nachgebaut worden. Das erste Bild zeigt das
Original.
Ich habe mal die Schaltung etwas leserlicher nachgezeichnet, siehe
zweites Bild.
Die auf das Wesentliche reduzierte Schaltung zeigt das dritte Bild. Und
fällt da jemandem etwas auf?
_WIESO SCHWINGT DIESER OSZILLATOR ÜBERHAUPT?_
Also, es ist eigentlich klar, daß es zum Entfachen einer Schwingung
eines Phasenversatzes bedarf, derart daß die antreibende Kraft bzw. der
antreibende Strom immer in die Richung zeigen muß, in die sich auch die
Spannung am Schwingkreis bewegt. Eben so, daß man den Schwingkreis mit
einem voreilenden Strom quasi anschiebt.
Beim bekannten Colpitts oder Hartley ist das so geregelt, daß der
Antrieb an eine Anzapfung des Schwingkreises angreift, womit sich ein
Phasenversatz zwischen Antriebspunkt und Abtastpunkt im Schwingkreis
ergibt. Das kehrt sich um, sobald die Spannung am Schwingkreis den
Kulminationspunkt überschritten hat.
Aber hier fallen Abtastpunkt und Antriebspunkt zusammen und obendrein
ist der Ausgang des Komparators bzw. OpV genau gleichphasig zur Spannung
am Schwingkreis. Siehe viertes Bild. Der vom Komparatorausgang
gelieferte Strom wirkt im 1. Quadranten beschleunigend, dafür aber im 2.
Quadranten bremsend. Dito mit umgekehrtem Vorzeichen in 3. und 4.
Quadranten.
Hier wird also in exakt gleichem Maße binnen einer Periode 2x
beschleunigt und 2x gebremst, so daß sich das aufhebt.
Theoretisch dürfte diese Schaltung also nicht schwingen - und das tut
sie auch nicht, wenn man sie mit heutigen Keramik-Kondensatoren und
einem potenten OpV (LMH6642) aufbaut.
Ich hatte damals, als ich mir so ein LC-Meter gebaut hatte, grad keinen
LM311 zur Hand, weswegen mein Gerät mit besagtem LMH6642 werkelt. Um
damit überhaupt eine Schwingung zu erzielen, hatte ich den nötigen
Phasenversatz mit einer zusätzlichen R/C-kombination versehen. Siehe
fünftes Bild.
So. Nun frage ich mich und euch, wieso diese Schaltung in ihrem
Grundzustand mit einem LM311überhaupt funktioniert?
Ich kann's mir nur damit erklären, daß es ein Zusammenspiel ist zwischen
dem nenneswerten ESR der verbauten Elkos und der relativen Langsamkeit
des LM311 und sonstigen Nebeneffekten der damaligen Bauteile.
Das würde auch erklären, weswegen es immer wieder Diskussionen gibt über
recht unterschiedlich ausfallende Qualitäten verschiedener Nachbauten.
Siehe dazu auch:
Beitrag "S: Empfehlung nachbausicheres LC-Meter-Projekt mit Atmega"
Im Grunde ist die Idee von Neil Hecht ja ausgesprochen nett und die
ganze rechnerische Auswertung ist stringent - aber die
Oszillatorschaltung scheint auf Seiteneffekten zu beruhen und das finde
ich nun nicht so gut. Vielleicht ist das mal ein Anlaß, nach einer
besseren Oszillatorschaltung zu forschen.
W.S.
Das ist ein Relaxations-Oszillator. Muss ein Komparator sein. Ein OPV
ginge in die Sättigung =nicht gut.
Die “Gegenkopplung” legt m.E. den Arbeitspunkt fest =2,5 V. Dass das mit
einem C gemacht ist, hilft vielleicht beim Anschwingen
Und weil der Komparator am Ausgang nur "oben" und "unten" kann, kommt
das einer Phasenverschiebung nahe.
Wenn der Ausgang kippt, ist die von ihm "verursachte" Amplitude momentan
"zu hoch", man kann sagen, das "Maximum(Scheitel) eilt voraus". Da ist
sie, die Phasenverschiebung.
Ein statischer Zustand stellt sich auch nie ein, dafür sorgt der
einigermassen entkoppelte Schwingkreis. Der beendet seine Schwingung
auch nicht abrupt, nur weil vom Komparator gerade kein weiterer "Schubs
kommt".
Fertig ist der periodisch schwingende Oszillator.
Bewusst umgangssprachlich, bildlich formuliert. Nicht hauen...
von W.S. schrieb:
>Beim bekannten Colpitts oder Hartley ist das so geregelt, daß der>Antrieb an eine Anzapfung des Schwingkreises angreift, womit sich ein>Phasenversatz zwischen Antriebspunkt und Abtastpunkt im Schwingkreis>ergibt.
Bei einem invertierenden Verstärker muß man eine
180° Phasenverschiebung einbauen um wieder auf eine gleichphasige
Rückkopplung zu kommen, damit der Oszillator schwingt.
Gleichzeitig dient eine Anzapfung auch meistens noch dazu
eine Leistungsanpassung herzustellen.
>Aber hier fallen Abtastpunkt und Antriebspunkt zusammen und obendrein>ist der Ausgang des Komparators bzw. OpV genau gleichphasig zur Spannung>am Schwingkreis.
Ist richtig, genau dann schwingt ein Oszillator.
Wenn nicht, dann hast du ein Dimensionierungsfehler gemacht.
Wie groß sind L und C bei "LC-Meter_meine_Version.jpg"
und was ist U1 für ein IC?
Hinweisgeber schrieb:> Du hast den 1Kiloohm-Widerstand vom Ausgang nach +Ub nicht drin, obwohl> das eine offener Kollektorausgang ist.
Den braucht so ein LMH6642 auch nicht, denn er kann in beide Richtungen
ziehen. Hier geht es eher um's Schaltungsprinzip und die Frage lautet,
wie diese Schaltung denn überhaupt schwingen kann. Immerhin ist es
sowohl für den 47k Widerstand zum E- als auch für den 100k Widerstand
zum E+ herzlich egal, ob der Ausgang nun eine Impedanz von 1k hat oder
nur 5 Ohm.
Und nochwas zum Gegensatz zwischen Komparator und OpV: Da gibt es im
Prinzip nur einen und zwei halbe Unterschiede:
1. der eine ganze: Manche Komparatoren haben eine eingebaute Hysterese.
Die ist dort auch angegeben. Beim LM311 gibt es aber keine Hysterese.
Stattdessen ist dort dessen Spannungsverstärkung angegeben zu 40..200
V/mV. Das ist klassischer OpV.
2. der erste halbe: Der LM311 hat zwei separate Minus-Versorgungen, eine
davon könnte bis -15V und die andere soll auf GND liegen, um den Ausgang
an digitale Eingänge anzupassen - was hier aber egal ist, denn beide
liegen hier auf GND.
3. der zweite halbe: Komparatoren sind so ausgelegt, daß sie schnell aus
der Sättigung wieder heraus kommen, klassische OpV's sind da langsamer.
Das gilt hier nicht, denn der LMH6642 hat eine GBW von 120 MHz und kommt
zehnmal schneller aus jeder Sättigung als der alte LM311 mit seinen 200
ns, was über alles einer GBW von so etwa 2..3 MHz entspricht.
Nichtverzweifelter schrieb:> Und weil der Komparator am Ausgang nur "oben" und "unten" kann, kommt> das einer Phasenverschiebung nahe.
Wie bitte? Wenn ich einen Sinus habe und bei dessen Nulldurchgang
zwischen -1 und +1 umschalte, dann ist das eine Phasenverschiebung von
exakt NULL. Nein, hier gibt es keine Phasenverschiebung, das ist ja das
Seltsame an diesem LC-Meter.
> Wenn der Ausgang kippt, ist die von ihm "verursachte" Amplitude momentan> "zu hoch", man kann sagen, das "Maximum(Scheitel) eilt voraus". Da ist> sie, die Phasenverschiebung.
Dieser Teil stimmt ja, aber der Ausgang des Komparators bleibt ja auf
"zu hoch", bis die Spannung am Schwingkreis durch Null geht. Das, was
der Komparator beim hochsteigen der Schwingkreisspannung antreibt, das
bremst er sofort auch wieder, sobald das Maximum des Sinus vorüber ist.
Das ist grundverschieden zu allen Oszillaoren nach Colpitts, Clapp,
Hartley und Konsorten. Dort wird die Spannung am Schwingkreis hochohmig
abgetastet und an einer anderen Stelle die Energie in den Schwingkreis
gebracht. Das ist ein echter Grundunterschied.
Alexander S. schrieb:> Wie Thomas R. bereits geschrieben hat.> LM311 Differential Comparator> Komparator ungleich OP.
So, nun erkläre mir mal, was der Komparator ohne eigene Hysterese denn
anders macht als ein OpV. Die schnelle Erholung aus der Übersteuerung
hatten wir schon, das ist hier abgehakt. Die Übersetzung von den damals
üblichen analogen Versorgungen +/- 12..15 Volt nach +5 Volt Logik ist
auch abgehakt, denn der LM311 wird hier komplett mit nur +5V betrieben.
Also, die Frage, was denn nun der LM311 anders macht als ein guter OpV,
bleibt zumindest aus meiner Sicht bislang noch ungeklärt. Einfach nur zu
sagen, daß der Chip 'Komparator' heißt, reicht nicht aus zur Erklärung.
Ich muß hier nochmal das Bild mit der Grundschaltung zitieren, ich habe
da ja schlichtweg einen symbolischen (also idealen) OpV gezeichnet, der
selbstverständlich (eben weil er ideal ist) auch ein Komparator ist. Und
bei dieser Schaltung kann zumindest ich nicht erkennen, welches der
Mechanismus ist, der diese Schaltung zum Schwingen bringen könnte.
Selbst wenn man sie anstoßen würde, würde die Schwingung durch die
Widerstände abklingen und zur Erregung müßte der Verstärkerausgang
zwischen +U und -U nicht im Nulldurchgang der Schwingkreisspannung,
sondern zum Nulldurchgang des im Schwingkreis kreiselnden Stromes
umschalten. Aber genau das ist hier nicht drin.
W.S.
Günter Lenz schrieb:> Wie groß sind L und C bei "LC-Meter_meine_Version.jpg"> und was ist U1 für ein IC?
Ich habe für den C 1nF vorgesehen, das ist etwas größer als im Original,
dort ist 680 pF verbaut.
Für L habe ich diverse Induktivitäten versucht, von 10µH bis 470µH,
sowohl solche für Schaltregler als auch solche für reine HF-Zwecke
einschließlich einer korbgewickelten Luftspule. Die nehmen sich alle
nichts, außer daß die erzielbare Schwingamplitude induktivitäts- und
damit frequenzabhängig ist. Bei 10µH etwa 2Vss, das geht dann rauf bis
zu 4Vss bei 100µH. Das ist auch abhängig von der Größe von C4 und R5.
U1 ist hier eben der Verstärker, ich hab die Prinzip-Stromlaufpläne
kurzerhand per Eagle gezeichnet. Deswegen die Benennungen.
Realiter habe ich diverse Sorten von OpV ausprobiert: LMH6642, AD8519,
OPA604, TS971 - eben was ich grad so da habe. Die Ergebnisse sind
unterschiedlich: der AD8519 neigt zu hochfrequentem Schwingen, der
OPA604 macht Streß wegen seiner Versorgungsansprüche (+/- 11V
mindestens) und der TS971 ist vergleichsweise hochohmig und langsam im
Ausgang, kommt aber mit einem L von 100µH schon ganz passabel zurecht,
braucht aber für C4 größere Werte.
Beim Messen von Kapazitäten verhalten sich jedoch alle L-Varianten und
OpV-Varianten gleich: die Schwingspannung am Schwingkreis fällt mit
fallender Frequenz bzw. steigender Kapazität. Die 4Vss bei einer 100µH
Spule fällt bei angeschlossenen Prüflingen zusammen und ist dann bei
220nF auf weniger als 100mVss zusammengefallen. Man kann damit noch die
Kapazität messen, aber bei 470nF ist dann Schluß.
Mit größeren Werten für C4 (bis 330pF) und kleineren Werten für R5 kann
man bei 220nF als Prüfling die Amplitude nicht erhöhen, was man
naiverweise ja erwarten würde. Aber je größer man C4 macht, desto mehr
wird er zum Teil des eigentlichen Schwingkreises und umso mehr dämpft
dann auch R5 eben diesen Schwingkreis.
Dieses Grundverhalten ist gleich für alle Bauteile in allen
Dimensionierungen und alle OpV.
Mir ist das einigermaßen klar: die Ladungsmenge, die man über C4 bei
jedem Nulldurchgang der Schwingspannung in den Schwingkreis injiziert,
bleibt gleich, aber bei fallender Frequenz werden die Nulldurchgänge
seltener und die aufzuladenden Kapazitäten größer, die Dämpfung durch
drei parallelgeschaltete 100k Widerstände bleibt hingegen konstant.
W.S.
W.S. schrieb:> Hinweisgeber schrieb:>> Du hast den 1Kiloohm-Widerstand vom Ausgang nach +Ub nicht drin, obwohl>> das eine offener Kollektorausgang ist.>> Den braucht so ein LMH6642 auch nicht, denn er kann in beide Richtungen> ziehen. Hier geht es eher um's Schaltungsprinzip und die Frage lautet,> wie diese Schaltung denn überhaupt schwingen kann. Immerhin ist es> sowohl für den 47k Widerstand zum E- als auch für den 100k Widerstand> zum E+ herzlich egal, ob der Ausgang nun eine Impedanz von 1k hat oder> nur 5 Ohm.
Alle Achtung! Du bist ja so ein toller Hecht...
Weißt Du, wie scheißegal mir Dein LMH6642 ist, wenn Du LM311 verwendest?
Ohne Kollektorwiderstand funktioniert ein offener Kollektorausgang
nicht!
So lange Dir nicht wenigstens DAS klar ist, brauchst Du Dir über andere
Probleme nicht ansatzweise den Kopf zerbrechen!
von W.S. schrieb:
>Für L habe ich diverse Induktivitäten versucht, von 10µH bis 470µH,>sowohl solche für Schaltregler als auch solche für reine HF-Zwecke
Und wie ist die gewünschte Frequenz?
>außer daß die erzielbare Schwingamplitude induktivitäts- und>damit frequenzabhängig ist.
Ist normal, weil sich die Güte mit der Frequenz ändert.
Wenn das nicht sein soll, mußt du eine Amplitudenreglung
bauen, oder ein Transistor benutzen, die regeln sich
etwas selber, durch die Basis-Emitter-Gleichrichtung.
Oder mach die Rückkopplung so, daß sie sich mit
zunehmender Frequenz verringert. Dein C4 macht genau
das Falsche, er erhöht die Rückkoplung mit
zunehmender Frequenz. Las mal C4 und R5 weg.
>U1 ist hier eben der Verstärker,
Ist eben nicht egal, wie schon geschrieben wurde,
verhalten sie sich je nach Typ unterschiedlich,
manche brauchen am Ausgang einen Arbeitswiderstand
nach +.
>o. Nun frage ich mich und euch, wieso diese Schaltung in ihrem>Grundzustand mit einem LM311 überhaupt funktioniert?
Weil es eine gleichphasige Rückkopplung gibt,
und damit ist die Schwingungsbedingung erfüllt.
Das ist bei jeden LC-Oszillator so.
Günter Lenz schrieb:> ... manche brauchen am Ausgang einen Arbeitswiderstand> nach +.
was aber am Prinzip/Funktion erst mal nix ändert und nur darum ging es
ihm.
Günter Lenz schrieb:> Und wie ist die gewünschte Frequenz?
Das soll ein LC-Meter sein, was darauf beruht, daß man mit einem
Schwingkreis einen Oszillator aufbaut und den zu messenden C parallel zu
dem fest im Gerät verbauten C schaltet - oder die zu messende Spule in
Reihe schaltet zu der fest im Gerät verbauten Spule. Es gibt also keine
gewünschte Frequenz, sondern nur Frequenzen, die sich aus den zu
messenden Bauteilen ergeben.
Das ist das Prinzip.
Gemessen werden die Frequenzen, zu allererst die Leerlauf-Frequenz (ohne
Prüfling) und später eben die Frequenz mit Prüfling. Der Rest ist
Mathematik im angeschlossenen Controller.
Je nach verbauter Spule (10µH..>100µH) ist die Leerlauf-Frequenz im
Bereich von 1.5 MHz ... 300 kHz. Die Frequenzen MIT Prüfling liegen
logischermaßen immer darunter.
Nehmen wir mal die Originalwerte 68µH und 680pF an. Das ergibt
740.157kHz als Schwingfrequenz. So, und nun nehmen wir mal an, einen 1µF
großen Kondensator messen zu wollen. Das macht 68µH und 1µF --> 19.3kHz
aus.
Für 10µF landen wir dann bei etwa 6.1kHz und für 100µF ergäbe sich knapp
2kHz.
Damit das klar wird: Der Oszillator soll so beschaffen sein, daß er von
rund 1 MHz bis herunter auf wenige kHz schwingt. Das ist durchaus eine
Herausforderung!
Nochwas, weil sich hier einige aufregen wegen eines
Kollektorwiderstandes: Die Bilder habe ich mit Eagle gezeichnet und es
sind Prinzipschaltungen. Ich habe ein OpV-Symbol gewählt, weil das
eben vom Prinzip her sowohl für den OpV als auch für den Komparator
gilt. Hätte der Komparator eine Hysterese, dann hätte ich diese in das
Symbol eingezeichnet, damit man das verstehen kann. Siehe Bild. Aber die
LM111,211,311 haben keine Hysterese.
An Zeno: dieses PDF habe ich auch, meines stammt von 1999, hat aber die
gleiche Revisionsnummer.
Die betreffende Schaltung zeigt einen Quarzoszillator - und im Gegensatz
zu dem LC-Meter ist der Quarz zwischen Ausgang und E+ geschaltet. Das
ist ein erheblicher Unterschied. Siehe Bild.
Nochwas: Die Transferfunktion zeigt deutlich, daß der LM111,211,311 im
Bereich von etwa -0.3mV bis +0.3mV linear arbeitet, wenn man sich den
Emitterfolgerausgang (1, GND) anschaut. Und beim normalen Ausgang (7)
ist der lineare Bereich so etwa -0.1mV .. +0.1mV. Das ist ein OpV.
Der einzige Unterschied, den ich da erkennen kann ist, daß durch den
Openkollektor und den externen Hochzieher die Ausgangsimpedanz
unterschiedlich ist. Der Ausgang kann besser runter ziehen als rauf
ziehen.
Das schafft eine gewisse Asymmetrie. Aber - wie gesagt - da am Ausgang
ja ein 100kOhm Widerstand als Mitkopplung dranhängt, ist es ziemlich
egal, ob nun der Ausgang mit 100kOhm nach unten oder mit 101kOhm nach
oben ziehen kann.
W.S.
Günter Lenz schrieb:> Weil es eine gleichphasige Rückkopplung gibt,> und damit ist die Schwingungsbedingung erfüllt.> Das ist bei jeden LC-Oszillator so.
Nein, das ist bei KEINEM Oszillator so, sondern:
Ein Teil der Phasendrehung hat im frequenzbestimmenden Netzwerk zu
erfolgen, so daß die Summe aller Phasendrehungen von Netzwerken und
Verstärkern 360° bzw. 0° ist. Die Phasendrehung des Verstärkers sollte
dabei möglichst konstant sein, damit dieser nicht die sich ergebende
Frequenz beeinflußt. Die Frequenz soll sich möglichst nur aus der
Phasendrehung des Netzwerkes aus R,C,L ergeben.
Aber hier in diesem LC-Meter ist das eben nicht der Fall - das ist ja
eben das Kuriose.
Ich hänge dir mal was zum Lesen dran: auf Seite 5 ist im Prinzip genau
das beschrieben, was ich gemacht habe: als Rückkopplung einen
kleinen Kondensator (dort Ck3) eingesetzt. Allerdings habe ich den Ck1
so groß gelassen, wie im Original (10µF).
W.S.
Zeno schrieb:> Hallo W.S., schau Dir mal die angehängten Applikationnotes von TI an.> Dort ist, schaltungstechnisch, der gleiche Oszillator beschrieben> (Abb.44).W.S. schrieb:> An Zeno: dieses PDF habe ich auch, meines stammt von 1999, hat aber die> gleiche Revisionsnummer.>> Die betreffende Schaltung zeigt einen Quarzoszillator - und im Gegensatz> zu dem LC-Meter ist der Quarz zwischen Ausgang und E+ geschaltet.
Die Abb. 44 von Zenos Anhang zeigt aber keinen Quarzoszillator, sondern
einen 100 kHz Free Running Multivibrator.
Edit: Den musst du mit Ian_Purdie_-_LC-Meter__das_Original.gif im ersten
Beitrag vergleichen.
W.S. schrieb:> Die betreffende Schaltung zeigt einen Quarzoszillator - und im Gegensatz> zu dem LC-Meter ist der Quarz zwischen Ausgang und E+ geschaltet. Das> ist ein erheblicher Unterschied. Siehe Bild.
Nö das von mir genannte Bild - Figure 44 - zeigt eben keinen
Quarzoszillator, sondern, bis auf die Bauteilwerte, exakt den gleichen
wie die LC-Meterschaltung. Mit den angegebenen Werten schwingt der
Oszillator lt. TI auf etwa 100kHz.
Nachtrag: Ja der Oszillator nach TI ist ein RC-Oszillator. Der
zusätzliche LC-Schwingkreis im LC-Meter wird vermutlich den
freischwingenden RC-Oszillator nur "ziehen".
W.S. schrieb:> _WIESO SCHWINGT DIESER OSZILLATOR ÜBERHAUPT?_
Nochmal zur Ausgangsfrage: Das AADE LC-Meter verwendet einen
Relaxations-Oszillator bzw. einen Multivibrator oder eine astabile
Kippschaltung.
Tietze - Schenk: "Kippschaltungen sind mitgekoppelte Digitalschaltungen.
Sie unterscheiden sich von den mitgekoppelten Linearschaltungen
(Oszillatoren) dadurch, dass ihre Ausgangsspannung sich nicht
kontinuierlich ändert, sondern nur zwischen zwei festen Werten hin und
her springt. ... Eine astabile Kippschaltung besitzt keinen stabilen
Zustand, sondern kippt ohne aüßere Anregung ständig hin und her."
Natürlich ist jede Digitalschaltung bei hoher Zeitauflösung, besonders
während der Umschaltung, auch eine Analogschaltung. Aber die
Funktionsweise einer astabilen Kippstufe lässt sich nicht unbedingt am
besten mit der gleichen Methode wie bei Oszillatoren
(Phasenverschiebung) erklären.
Hallo W.S.,
habe mal die Orginalschaltung nach TI aufgebaut und die schwingt sofort
bei mir mit 87,25kHz.
Dann habe ich mal so wie in der Orginal LC-Meterschaltung am Pin2 des
LM311 einen Koppelelko von 10µF eingelötet. Schließe ich jetzt zwischen
diesem Elko und GND den Prüfling, also ein C oder eine Spule an, so
verändert sich die Frequenz deutlich messbar. Also wird die
Grundfrequenz vom Prüfling messbar "gezogen". Ich habe das Ganze mit C#S
zwischen 56pF und 220µF (jeweils der aufgedruckte Wert) ausprobriert. In
wieweit diese Frequenzänderung sinnvoll zur Bestimmung einer unbekannten
Kapazität bzw. Induktivität einsetzbar kann ich natürlich nicht sagen.
Da müßte man wirklich mal ein paar Messreihen machen. Prinzipiell würde
es aber funktionieren.
Bleibt noch die Frage warum es mit einem Komperator IC offensichtlich zu
funktioniert, während es mit einem als Komperator geschalteten OPV nicht
so ohne weiteres geht. Offensichtlich hängt es daran das der OPV eher
auf ein lineares Verhalten getrimmt ist, wodurch er nicht so steile
Umschaltflanken erreicht, wie ein Komperator.
von Alexander S. schrieb:
>Nochmal zur Ausgangsfrage: Das AADE LC-Meter verwendet einen>Relaxations-Oszillator bzw. einen Multivibrator oder eine astabile>Kippschaltung.
Sehe ich nicht so, ein Relaxtions-Oszillator besteht
aus einen invertierenden Schmitt-Trigger und einen
Kondensator der ständig auf und entladen wird, so
wie man es zum Beispiel mit den NE555 machen kann.
Die Schaltung hier oben ist nichtinvertierend.
Siehe hier,
Schaltbeispiel für den 555 im astabilen Modus:
https://de.wikipedia.org/wiki/NE555
von W.S. schrieb:
>Der Oszillator soll so beschaffen sein, daß er von>rund 1 MHz bis herunter auf wenige kHz schwingt.
Ist nicht möglich, der Oszillatorschwingkreis hat dann
irgendwann immer eine so schlechte Güte, daß er nicht
mehr schwingt. Mach mehrere Meßbereiche mit mehreren
Oszillatoren. Eine Spule die im NF-Bereich noch eine
einigermaßen gute Güte haben soll, geht nur mit
einem großen Ferritschalenkern dicken Draht und
vielen Windungen. Die geht aber wiederum nicht mehr
im MHz-Bereich weil dann die parasitäre Kapazität
der Wicklung stört.
von W.S. schrieb:
>Nein, das ist bei KEINEM Oszillator so, sondern:
Ist eben doch so, du schreibst es ja selber:
>aller Phasendrehungen von Netzwerken und>Verstärkern 360° bzw. 0° ist.
Und genau das ist Gleichphasigkeit.
Günter Lenz schrieb:> Ist nicht möglich, der Oszillatorschwingkreis hat dann> irgendwann immer eine so schlechte Güte, daß er nicht> mehr schwingt. Mach mehrere Meßbereiche mit mehreren> Oszillatoren.
Ähem... ich hatte vor vielen Jahren eben dieses AADE-LC-Meter nachgebaut
und seitdem in Benutzung - allerdings eben mit meiner oben gezeigten
Änderung, ohne die das Ganze nicht schwingt.
Im Original sieht das wie die eierlegende Wollmilchsau aus:
siehe dort:
https://pe2bz.philpem.me.uk/Comm01/-%20TestEquip/-%20Tester-NonActiveDevice/Cl-251-IndCap-MeterKit/lc-meter-project.htm
Specifications
RANGE
.001 mH (1 nH) to 100 mH (most units measure to 150 mH)
.010 pF to 1 mFd (most units measure to 1.5 uF)
Accuracy:
1% of reading Typical
Ich lese mal das ".010 pF to 1 mFd" zu 0.1pF bis 1µF, alles Höhere wäre
doch recht utopisch, da müßte der Oszillator von 1 MHz herunter bis tief
in den NF-bereich hinein. Nun, mein Eigenbau erreicht nicht die
Meßbereichsenden, die im Original behauptet werden. Das stört mich - mal
rein aus prinzipiellen Gründen. Für kleine C ist das Ding jedoch
unschlagbar. Wer in HF unterwegs ist, hat oftmals den Bedarf, zu
unterscheiden, ob er einen 2.2pF oder 3.9pF auf der Pinzette hat.
Siehe auch der verlinkte Thread, wo sich eine Menge recht
unterschiedlicher Beiträge zeigen. Manche sind mit dem Ding so lala
zufrieden, andere klagen, daß ihr in China gekauftes Exemplar sich
miserabel benimmt und so weiter.
Ich hab deshalb das Ganze jetzt noch einmal aufgewärmt und mit
verschiedenen käuflichen Spulen durchgetestet, um diesem ganzen Spuk mal
auf den Grund zu gehen. Und da ist mir eben aufgefallen, daß die
originale Schaltung eigentlich NICHT schwingen dürfte, es sei denn, hier
spielen Nebeneffekte eine Rolle, wie z.B. einige pF Schaltungskapazität
an einer kritischen Stelle im Layout.
Ansonsten: Relaxationsoszillatoren beruhen auf Hysterese, siehe NE555.
Eine Schwelle zum einschalten, eine andere zum Ausschalten.
Und:
>Nein, das ist bei KEINEM Oszillator so, sondern:
Ist eben doch so, du schreibst es ja selber:
Nein, ich schrieb etwas anderes. Die 360° müssen aus dem LC (oder RC)
Netzwerk herkommen, denn sie dürfen nur für eine bestimmte Frequenz
gelten. Überlege mal, wie das wäre, wenn die besagte Gleichphasigkeit
NICHT aus dem Schwingkreis käme. Dann würde sie für alle Frequenzen
gelten - und folglich müßte so ein Oszillator gleichverteiltes Rauschen
liefern oder in der Praxis einfach in den Anschlag rennen, denn DC
gehört ja auch dazu. Nein, die Gleichphasigkeit muß durch das
LC/RC-netzwerk hindurch erzielt werden und nicht vom OpV-Ausgang per
100kOhm direkt an den Eingang.
Nochwas:
Ich hab eben mal den Schwingkreis des LC-Meters gewobbelt. Ohne
Prüfling, aber mit der originalen Beschaltung ringsumher. Siehe Bild.
Die Güte des Ganzen ist eher lausig, sie liegt bei etwa 10..12 je nach
Spule. Die Bilder von den anderen Spulen und auch die mit Prüflingen von
68nF und 220nF sehen prinzipiell genau so aus, die Güten sind alle so um
die 10. Mal sehen, wenn ich Lust drauf habe, baue ich die Schwingkreise
mal völlig separat auf und wobble die dann mal ohne Ballast ringsumher
durch.
W.S.
W.S. schrieb:> Ich lese mal das ".010 pF to 1 mFd" zu 0.1pF bis 1µF, alles Höhere wäre> doch recht utopisch, da müßte der Oszillator von 1 MHz herunter bis tief> in den NF-bereich hinein.
Das wird doch im Link erklärt: "For the nominal values of L1 (68 m H)
and C1 (680 pF) an increase in L of 1 nH (.001 m H) or an increase in C
of .01 pF produces a frequency change of slightly more than 5 Hz. A 0.2
second measuring period can resolve 5 Hz and therefore .001 m H or .01
pF. "
Wobei das die Auflösung und nicht die Genauigkeit beschreibt.
Alexander S. schrieb:> Wobei das die Auflösung und nicht die Genauigkeit beschreibt.
Mein Lieber, ich habe so ein Teil und weiß, daß man damit problemlos
kleine C mit Auflösung von 0.01pF messen kann - aber erstens ist das
nicht das Thema und zweitens halte ich 0.01pF für etwas überzogen. Eine
angezeigte Auflösung von 0.1pF finde ich hingegen OK.
Das Problem ist die obere Grenze. Da erscheint mir 1µF als
Bereichsendwert schon einigermaßen gewagt. Mein Gerät kann bestenfalls
noch 220nF messen, aber immerhin ist das mehr als 6 Zehnerpotenzen über
der technisch möglichen Auflösung.
Ich rede hier auch nicht von der Genauigkeit, denn die kann man bei
Vorhandensein von Kurzzeit-Stabilität kalibrieren, was ja im Gerät auch
gemacht wird. Davor gesetzt ist, ob der Oszillator überhaupt so stabil
wie benötigt zum Schwingen gebaracht werden kann, wenn man mal einen
470nF oder größer anschließt.
W.S.
Hallo,
ich habe die AADE LC-Meter Schaltung mit LM311 in LTspice simuliert. Mit
L = 68 µH und C = 680 pF erhalte ich ein schönes Rechtecksignal mit 734
kHz (T = 1.362 µs) in LTspice gemessen und 740 kHz berechnet aus L und
C.
Die Simulation ist mit .startup (Ramp der Versorgung) gemacht.
Das Modell ist von der TI Seite
https://www.ti.com/product/LM311
Alexander S. schrieb:> ich habe die AADE LC-Meter Schaltung mit LM311 in LTspice simuliert.
OK, beim Rampup der Versorgung fängt das Teil an zu schwingen. Das ist
erstmal schön, aber die Frage bleibt: warum?
Mir ist inzwischen beim LMH6642 etwas anderes aufgefallen, was in einem
neueren PDF von TI drin steht, in meinem viel älteren PDF aber nicht:
Zitat:
" Further protection of the inputs is provided by the two resistors (R
in Figure 54), in conjunction with the string of anti-parallel diodes
connected between both bases of the input stage. The combination of
these resistors and diodes reduces excessive differential input voltages
approaching 2V be . This occurs most commonly when the device is used as
a comparator (or with little or no feedback)"
Den LMH6642 kann man also tatsächlich als Komparator benutzen, aber NUR
DANN, wenn E+ und E- weniger als 2 Volt auseinander liegen. Das ist ein
deutlicher Unterschied zum LM311, bei dem der Spannungsunterschied
zwischen E+ und E- riesengroß werden kann.
Gut, da sind wir ein Stückchen weiter.
Nochwas: bei TI gibt es auch ein PSpice Modell für den LMH6642. Kannst
du den mal testeshalber in deine Simulation einbauen?
W.S.
Hallo,
anbei erst noch einmal die Simulation der AADE LC-Meter Schaltung mit
LM311 erweitert um die Spannungen an Vin+ (blau), Vin- (rot) und (Vin+ -
Vin-) (türkis). Einmal mit startup (Rampe der Versorgung von 0 auf 5V)
und einmal ohne startup (Versorgung gleich zu Beginn auf 5V).
Kurioserweise liegt Vin- im ersten Fall auf 0 V und im zweiten Fall auf
ca. 2.45 V. Ein unterschiedliches Verhalten hätte ich nur während der
Einschwingphase erwartet.
Naja, dein 2. Bild startet ab 18µs und da kann man nicht mehr das
Startverhalten sehen. Dein 1. Bild startet erst ab 171µs. also viel
später und da sieht man zumindest das Ende vom Anschwingen.
Im Grunde ist es beim Einschalten ja so:
VCC kommt und damit fließen erstmal 2 Ströme:
1. Strom: R4..C2..L1|C3
2. Strom: R5..R2..C1
Nach ein paar Nanosekunden hat sich U1 gerappelt und da entscheidet dann
U1, ob der zweite Strom überhaupt fließt.
Wie schnell geht das am Anfang? Nun, R5..R2 sehen 10µF gegen Masse und
der braucht viel Zeit, um sich aufzuladen. R4 sieht zuerst nur L1|C3,
dabei fließt der Strom erst mal in C3 und der ist nur 680pF klein.
Deshalb geht die Spannung Vin+ zu allererst viel schneller in die Höhe
als Vin-. Der Ausgang von U1 wird also High sein und Strom 2 fließt und
lädt C1 auf.
Nach 1/4 der Periodendauer des Schwingkreises L1|C3 (also etwa
250..300ns) ändert sich das aber, da fängt L1 an, Strom zu ziehen und
entlädt C3 wieder. Also geht die Spannung über L1|C3 zurück und Vin+
nähert sich wieder Vin-. Das alles ist aber im Bereich der
Offsetspannung, also examplarabhängig.
Man sollte also ganz am Anfang einen High-Impuls am Ausgang von U1
sehen, Länge so etwa um die 300 ns. Danach haben wir ein konkurrierendes
Aufladen von C1 und C2. C1 wird über R4 auf- und R3 entladen und dazu
kommt noch der wechselnde Einfluß von R1, also stellt sich das als eine
Einschwingrampe von 0 nach VCC/2 über einen effektiven Widerstand von
50kOhm an 2.5V dar (2x100k in Reihe). Strom 2 wird über 48k aufgeladen
(47k+1k), aber das nur dann, wenn der Ausgang high ist - und das ist
anfangs abhängig von der Offsetspannung des U1, weil die durch den ja
recht kleinen allerersten Anstoß eben kleine Schwingspannung des
Schwingkreises für Vin+ nur einen kleinen Vorlauf gewährt. Danach ziehen
beide Spannungen so ziemlich gleich hoch.
Fazit: man sollte also an beiden Eingängen E+ und E- eine Rampe sehen,
die nach VCC/2 einschwingt. Dabei sollte die Rampe am E+ irgendwann in
der Simulation mit Schwingen einsetzen, sobald der Unterschied zwischen
E+ und E- der Offsetspannung entspricht und damit der U1 in den aktiven
Bereich kommt. Ich kann aber in deiner Simulation diese Rampe nicht
sehen.
Abgesehen davon ist mir dieses Schwingen noch immer nicht erklärlich,
denn der Ausgang von U1 zieht ja immerzu in die Richtung, die dem
Vorzeichen der Schwingkreisspannung entspricht und damit beschleunigt er
im 1. und 3. Quadranten, bremst aber genauso stark im 2. und 4.
Quadranten - und dieses Verhalten ist schlichtweg frequenzunabhängig,
weil der Strom direkt auf den Eingang des Verstärkertraktes kommt. Bei
anderen Oszillatoren ist zwischen Ausgang des Verstärkers und Eingang
immer eine Impedanz, die eine Phasndrehung bewirkt oder es ist eine
"negativer Widerstand"-Schaltung, die aber analog arbeiten muß. Hier
aber nicht - und deine Simulation schwingt dennoch. Merkwürdig.
W.S.
W.S. schrieb:> Naja, dein 2. Bild startet ab 18µs und da kann man nicht mehr das> Startverhalten sehen.
Hallo W.S.,
am Anfang oszilliert Vin+ noch nicht. Da der Bereich vom Start bis zum
Einschwingen recht gross ist, habe ich den Beginn nicht gezeichnet.
Im Anhang ist die Startphase ohne nostart.
Hallo,
nach der Simulation hier noch die Messungen am realen Objekt.
Jeweils der Col_out und In_plus des LM311 (Pin 7 und 2) im AADE
LC-Meter. Erst ohne C, dann mit 1 µF C. Separate Bilder, da ich mit den
Klemmhaken schlecht an das IC gekommen bin.
Das Bild des AADE LC-Meter ist nicht von heute. Dewegen ist eine Spule
und kein Kondensator angeschlossen.
Naja, genau dieses Verhalten habe ich auch bei meinem Gerät (das mit dem
OpV drin) beobachtet. Die Schwingamplitude geht so ab 220nF derart in
die Knie, daß sie bei irgendwas zwischen 220nF und 1µF im Rauschen
verschwindet.
Bin grad am Überlegen, wie sich das Ganze benehmen würde, wenn man aus
dem Original-Oszillator einen umgedrehten Clapp machen würde. Also L
bestehend aus 3 Induktivitäten in Reihe: von GND aus 10µH, dort auch mit
dem OpV/Komparator-Ausgang zur Erregung angreifen, vom da aus weitere
10µH bis zum E+, von da aus weitere 47µH bis zum Schwingkreis-C.
Der 'richtige' Clapp hat ja 1x L und dafür 3x C in Reihe.
W.S.
W.S. schrieb:> Die Schwingamplitude geht so ab 220nF derart in die Knie,
Ja, die Amplitude am Eingang. Beim AADE LC Meter mit LM311 Komparator
reicht das aber noch für die vollen 4.6 V am Ausgang. Der oszilliert von
680 pF bis 1 uF bzw. von 740 kHz bis 20 kHz.
W.S. schrieb:> Nochwas: bei TI gibt es auch ein PSpice Modell für den LMH6642. Kannst> du den mal testeshalber in deine Simulation einbauen?
Hallo W.S.,
mit den Parametern der Original AADE LC-Meter Schaltung oszilliert die
Schaltung mit dem LMH6642 nicht. Mit startup (Rampe Versorgung) geht der
Ausgang in 20 us von 0 auf 5 V, ohne startup ist er konstant 2.5 V. Ich
will nicht auschließen das noch ein Fehler enthalten ist, aber
eigentlich habe ich nur die Pins im Symbol geometrisch verschoben. Die
Zuordnung im Modell ist
* PINOUT ORDER -IN +IN VCC VEE OUT
* PINOUT ORDER 2 3 7 4 6
Evtl. passen einfach die Parameter der Widerstände nicht. Zu viel Zeit
möchte ich aber eigentlich nicht da rein stecken.
P.S. LTspice ist kostenlos, läuft unter Windows und Linux (mit wine) und
ist meiner Meinung nach intuitiv zu bedienen. Es gibt gute Anleitungen
im www und die Leute hier im Forum helfen gerne. Enthalten sind
allerdings hpts. Bauteile von LT und AD. Das Einbinden von Modellen
anderer Hersteller ist aber auch nicht so schwer, solange sie nicht
verschlüsselt sind.
Hab heute den Simulator angeworfen und bin zu demselben Ergebnis
gekommen. In der Realität ist die obere Grenze je nach Exemplar ein
Stück unterhalb von 1 µF. Dasselbe Ergebnis hatte ich mit OpV und meiner
"Anschwinghilfe". Von da her sieht das Ganze wirklich so aus, daß bei
rund 1 µF mit diesem Oszillator Schluß ist.
Ach ja, ich hatte noch andere Komparatoren beim Simulieren ausprobiert.
Keine Chance auf Schwingung. Nur bei einem von AD, der offenbar ein
Drop-In für den LM311 ist, ging das. Seltsam!
Und: Die Idee vom umgedrehten Clapp-Oszillator hab ich auch mal
simuliert, die ging auch mal eben so, aber auch nicht wirklich so, daß
man das gebrauchen will.
Irgendwie nervt das. Es muß doch etwas geben, was man tatsächlich mit
ordentlicher Amplitude als Oszillator für so einen breiten
Frequenzbereich nehmen kann! Und warum dieser LM311 schwingt, ist noch
immer eigenartig.
W.S.
Alexander S. schrieb:> mit den Parametern der Original AADE LC-Meter Schaltung oszilliert die> Schaltung mit dem LMH6642 nicht. Mit startup (Rampe Versorgung) geht der> Ausgang in 20 us von 0 auf 5 V, ohne startup ist er konstant 2.5 V. Ich> will nicht auschließen das noch ein Fehler enthalten ist,
Nö, da hast du keinen Fehler gemacht. Das ist so in der Realität und
auch in der Simulation. Aber mit dem zusätzlichen R+C Glied geht das.
Aber eben nicht besser als im Original.
W.S.
W.S. schrieb:> Es muß doch etwas geben, was man tatsächlich mit> ordentlicher Amplitude als Oszillator für so einen breiten> Frequenzbereich nehmen kann!
Natürlich gibt es das, es wurde dir oben verlinkt und ignoriert.
Beitrag "Re: Nochmal LC-Meter nach AADE: dessen Oszillator"
Die Schaltung kann man natürlich auch mit OPV aufbauen, ist ganz einfach
und schwingt von > 0Hz bis soweit der Verstärker erlaubt. Habe es mit
einem LM6171 aufgebaut und die macht bis etwa 50MHz.
W.S. schrieb:> Aber mit dem zusätzlichen R+C Glied geht das.> Aber eben nicht besser als im Original.
Der Vollständigkeit halber hier noch die Simulation mit LMH6642 und
zusätzlichem R-C-Glied in der Rückkopplung und sonst den AADE LC-Meter
Werten.
Alexander S. schrieb:> aber eigentlich habe ich nur die Pins im Symbol geometrisch verschoben.
Hallo, schon gestern bin ich darüber gestolpert, bin aber gerade zu faul
LTSpice anzuschmeißen. Sicherheitshalber: welches elektrische Modell des
LMH6642 hast Du verwendet (oder wieso die Pins neu zugeordnet)?
Elliot schrieb:> Die Schaltung kann man natürlich auch mit OPV aufbauen.
Dann stellt sich doch die Frage, wieso ist in allen Schaltungen (auch in
den LC-100A in diversen Varianten) immer der LM311 enthalten?
Ich habe auch ein LC-100A. Der Oszillator hat ja generell Probleme in
bestimmten Bereichen zu schwingen.
Elliot schrieb:> mit OPV aufbauen, ist ganz einfach und schwingt von > 0Hz bis soweit der> Verstärker erlaubt. Habe es mit einem LM6171 aufgebaut und die macht bis> etwa 50MHz.
Elliot schrieb:> Wovon redest du eigentlich? Ich rede von dieser Schaltung:> Beitrag "NICOS – der Negative Impedance Converter - Oszillator"
Hatte ich schon so verstanden. Das ist aber die Ausnahme, sonst sieht
man immer nur den LM311 und ich fragte wieso, wenn es bessere OPs gibt
die in einem weiteren Bereich schwingen? Kostengründe? Weil einer immer
nur vom anderen abschreibt?
Mohandes H. schrieb:> Das ist aber die Ausnahme, sonst sieht> man immer nur den LM311 und ich fragte wieso
Es geht hier nicht um den OPV, sondern um die Schaltung an sich.
In der Schaltung ganz oben arbeitet der OPV (Komparator) ohne definierte
Verstärkung, sondern mit Leerlaufverstärkung. Die Gegenkopplung ist
nämlich für Wechselspannungen mit dem RC-Glied am -Eingang aufgehoben.
Beim NICOS ist aber eine von DC...Grenzfrequenz konstante Verstärkung
von 2 eingestellt.
Elliot schrieb:> Es geht hier nicht um den OPV, sondern um die Schaltung an sich
Das ist mir schon klar ... hilft alles nix, ich werde doch mal LTSpice
anschmeißen, denn so richtig verstehe ich auch nicht wie dieser
Oszillator funktioniert.
Mohandes H. schrieb:> sonst sieht> man immer nur den LM311 und ich fragte wieso, wenn es bessere OPs gibt> die in einem weiteren Bereich schwingen? Kostengründe? Weil einer immer> nur vom anderen abschreibt?
Ja. das schiere Abschreiben ist einer der Hauptgründe. Es gibt auch noch
andere Nachbauten, die hardwaremäßig modifiziert sind und die z.T.
selbst den LM311 einsparen und ihn durch eine eingebaute Peripherie des
PIC ersetzen, siehe PDF. Das ist eine ungarische Entwicklung.
Aber ich hab jetzt ne Weile drüber nachgedacht und komme zumindest zu
einer Erklärung, WARUM das LC-Meter so funktioniert, wie es eben
funtioniert.
Dazu habe ich die Schaltung mal etwas umgezeichnet und nur sie
relevanten Teile drin gelassen.
Also:
1. Stellen wir uns vor, die Spannung am Schwingkreis geht gerade durch
die Nullinie hindurch.
2. Der Verstärker (mal wertfrei, egal ob OpV oder Komparator) geht also
sofort auf den Endanschlag, wo die Spannung am Schwingkreis hinzeigt.
3. Jetzt speist R einen Strom in den Schwingkreis ein.
4. Dieser Strom lädt C auf, denn der Strom durch L kann ja bekanntlich
nur langsam je nach L ansteigen. Folglich steigt die Spannung am
Schwingkreis an, der Strom durch R wird damit geringer und der Strom
durch L steigt an.
5. Irgendwann übernimmt L der ganzen Strom, der vom R her kommt, die
Spannung am Schwingkreis stagniert und geht dann wieder zurück, weil L
beginnt, C zu entladen. Wir haben damit das erste Viertel der
Sinus-Schwingung hinter uns.
6. L entlädt C immer weiter, aber der Strom durch L wird gebremst
dadurch, daß R ja immer noch nach "oben" zieht - und der Strom, den R
abzieht, wird stärker, je mehr die Spannung am Schwingkreis zurückgeht.
Was also ist der Unterschied zu einem normalen Schwingkreis und einem
normalen Oszillator?
Antwort: Bei einem normalen Oszillator kumuliert die Energie, die der
Verstärker in den Schwingkreis hinein bringt, so daß die im Schwingkreis
herumkreisende Energie viel größer ist als die Energie, die der
Verstärker dort bei jeder Schwingung hineinbringt.
Das ist zum einen der Grund, weswegen der Oszillator frequenzstabil ist,
weil seine Frequenz nur von dem möglichst wenig beeinflußten
Schwingkreis abhängt - und zum anderen, daß es irgend eine
Amplitudenstabilisierung geben muß, weil die gesamte Verstärkung zum
Anschwingen >1 sein muß, aber beim Erreichen einer gewünschten
Schwing-Amplitude herabgeregelt werden muß, damit die Amplitude nicht
ins Unendliche steigt.
Hier bei diesem LC-Meter ist das ANDERS. Hier bringt R zunächst
Energie in den Schwingkreis ein, zieht sie aber noch in derselben
Halbwelle wieder ab. Hier kumuliert also KEINE Energie im Schwingkreis,
sondern der Verstärker führt die für jede Halbwelle benötigte Energie
eben in dieser Halbwelle zu und zieht sie sogleich auch wieder ab.
Das ist der Knackpunkt.
Das erklärt auch, warum die Schwingamplitude mit steigendem L größer
wird und mit steigendem C kleiner wird. Wenn R am Anfang den C auflädt,
dann steigt sie Spannung umso langsamer, je größer C ist. Und je größer
L ist, desto langsamer steigt dort der Strom, den L vom Aufladestrom
abzweigt.
Man kann also durchaus sagen, daß diese Schaltung eher eine Art
Rechteckgenerator mit nachgeschaltetem LC-Filter ist.
Und damit haben wir schlußendlich die Erklärung, weswegen dieses
LC-Meter nur für kleine C benutzbar ist. Die Schwingkreis-Spannung MUSS
mit steigendem C kleiner werden und irgendwann wird sie so klein, daß
sie im Rauschen und der endlichen Verstärkung untergeht.
Noch eine weitere Erkenntnis bezüglich OpV versus Komparator: Für die
schiere Funktion sind beide gleich. Es gibt aber einen Unterschied,
jedenfalls bei vielen OpV's: oftmals sind E+ und E- gegeneinander mit
zwei antiparallelen Dioden oder andersweitig geklemmt. Schließlich
erwarten die Hersteller von OpV's, daß diese im aktiven Bereich
betrieben werden, und damit ist die Spannung zwischen E+ und E-
regelmäßig sehr klein. So eine Klemmung wird bei Komparatoren NICHT
gemacht, weswegen die Spannung zwischen deren E+ und E- auch groß werden
darf, ohne daß da plötzlich eine Art Shunt auftritt.
W.S.
von W.S. schrieb:
>Und damit haben wir schlußendlich die Erklärung, weswegen dieses>LC-Meter nur für kleine C benutzbar ist. Die Schwingkreis-Spannung MUSS>mit steigendem C kleiner werden und irgendwann wird sie so klein, daß>sie im Rauschen und der endlichen Verstärkung untergeht.
Nein, die Schwingkreisamplitude hat was mit der Güte und
dem Resonanzwiderstand des Schwingkreises und Anpassung
zu tun. Die Güte wird mit abnehmender Frequenz immer schlechter
und der Resonanzwiderstand immer kleiner. Der Rückkopplungswiderstand
bildet mit dem Resonanzwiderstand des Schwingkreises
einen Spannungsteiler. Angenommen der Rückkopplungswiderstand
ist 100kOhm und der Resonanzwiderstand des Schwingkreises
ist auch 100kOhm, dann wird die HF-Spannung die das IC
liefert durch zwei geteilt. Also wenn das IC 5V liefert,
ist die Schwingkreisamplitude 2,5V. Es herrscht Leistungsanpassung
weil Rückkopplungswiderstand und Resonanzwiderstand gleich
groß sind. Es geht die maximal mögliche Leistung in den
Schwingkreis rein. Wird die Güte und Resonanzwiderstand kleiner
wird auch die Schwingkreisamplitude kleiner. Wenn man bei
niedrigen Frequenzen die Güte der Spule verbessert, dickeren
Draht, größere Bauform der Spule, wird auch die
Schwingkreisamplitude wieder größer.
Günter Lenz schrieb:> Angenommen der Rückkopplungswiderstand> ist 100kOhm und der Resonanzwiderstand des Schwingkreises> ist auch 100kOhm, dann wird die HF-Spannung die das IC> liefert durch zwei geteilt.
Ich hab da nochmal drüber nachgedacht, und es ist ein wenig
komplizierter, als ich oben geschrieben habe. Du magst das so sehen,
aber ich sehe da zusätzlich zu meinem sehr vereinfachten Schaltbild noch
etwas: nämlich die vorhandene Bedämpfung. Parallel am Schwingkreis
liegen 2x 100kOhm, macht 50kOhm an Bedämpfung - und angeregt wird der
Schwingkreis mit 1x 100kOhm. Dann ist es auch wurscht, ob der
Resonanzwiderstand 100kOhm ist oder nicht, die Bedämpfung ist erheblich
und muß, wenn man's ganz gründlich machen will, in die Betrachtungen
einbezogen werden.
Aber mal ganz einfach formuliert, so wie ich das jetzt sehe: Diesen
Oszillator kann man nicht verbessern, so daß er für einen größeren
C-Bereich benutzbar ist.
W.S.
PingBack schrieb:> Sprut hat...
.. im Internet gesucht und nachgebastelt und dabei die originale
Schaltung ohne Änderungen verwendet. Er hat diese Schaltung auch nicht
weiter untersucht, sondern eher Vergleichsmessungen von Anderen
herangezogen und daraus eigenartige Schlüsse gezogen. Siehe das folgende
Zitat.
Zitat:
"Karl Rainer B. (vielen Dank) hat die Messergebnisse seines
LC-Meter-Nachbaus mit den Messergebnissen einer hochwertigen
LC-Messbrücke verglichen, und festgestellt, das der Messfehler seines
LC-Metern mit steigender Kapazität des Prüflings stark anstieg, und bei
2 uF fast 8% erreichte.
Die Ursache lag darin begründet, dass die Messung durch
Frequenzveränderung des Oszillators erfolgt, und die im Oszillator
eingesetzten Kondensatoren und Spulen Werte haben, die etwas
frequenzabhängig sind.
Auch die schlechte Qualität der Schwingkreisspule wirkte sich negativ
aus."
Das ist mit Verlaub ein wenig unrichtig.
Ich will mal absehen davon, daß es für ihn ein Glücksfall ist, daß sein
Gerät tatsächlich überhaupt bis 2µF kommt, ohne auszusteigen.
Ebenso auch davon, daß er den Urheber der ganzen Konstruktion Neil Hecht
nicht kennt.
Aber die Abweichungen der Frequenz dieses Oszillators liegen beileibe
NICHT an schlechten oder gar frequenzabhängigen Kondensatoren oder
Spulen.
Die Abweichungen liegen darin, daß dieser Schwingkreis arg bedämpft ist
und die Frequenz des Ganzen eben nicht nur von L und C abhängt, sondern
eben auch von den Widerständen am Schwingkreis.
Das ist der Knackpunkt. Sämtliche Profis und Funkamateure vergangener
Jahrzehnte trachteten danach, in ihren Oszillatoren den Einfluß des
Verstärkers auf den Schwingkreis so klein wie nur irgend möglich zu
machen und die Energie, die im Schwingkreis oszilliert, so groß zu
machen wie nur möglich, damit eben die Frequenz herauskommt, die sich
aus L und C ergibt.
Das Problem hier bei diesem LC-Meter ist ganz offensichtlich, daß dieser
Oszillator für einen sehr weiten Frequenzbereich geeignet sein soll.
Ich bin grad am Überlegen, wie weit man mit einem klassischen Hartley
kommen kann.
W.S.
W.S. schrieb:> Die Abweichungen liegen darin, daß dieser Schwingkreis arg bedämpft ist> und die Frequenz des Ganzen eben nicht nur von L und C abhängt, sondern> eben auch von den Widerständen am Schwingkreis.
Wie kann sich da die Frequenz ändern? Wenn ich ein L-C-System mit fo
habe, dann ändern zusätzliche Widerstände nur die Güte des Systems, nie
die Frequenz.
W.S. schrieb:> Das Problem hier bei diesem LC-Meter ist ganz offensichtlich, daß dieser> Oszillator für einen sehr weiten Frequenzbereich geeignet sein soll.
Ein Ansatz könnte auch der Oszillator in (Grid-) Dipmetern sein: dort
schafft eine Triode oder ein JFET einen weiten Bereich von ca 1 ... 150
MHz, nur durch Umschalten einer Spule. Könnte man vielleicht auch
umdimensionieren für das LC-Meter.
Mohandes H. schrieb:> Wie kann sich da die Frequenz ändern? Wenn ich ein L-C-System mit fo> habe, dann ändern zusätzliche Widerstände nur die Güte des Systems, nie> die Frequenz.
Ähem, nein, da liegst du falsch. Probier's ruhig mal an der
Originalschaltung aus, indem du den Mitkopplungswiderstand mal so etwa
von 82k bis 120k veränderst und dabei die erzeugte Frequenz mißt.
W.S.
von Mohandes H. (Firma: مهندس) schrieb:
> dort>schafft eine Triode oder ein JFET einen weiten Bereich von ca 1 ... 150>MHz, nur durch Umschalten einer Spule.
Wenn man zwischen mehreren Spulen umschaltet, schaft das sein
Oszillator auch. Hatte ich schon vorgeschlagen, also mehrere
Meßbereiche machen. Das will er aber nicht, er will es mit
nur einer einzigen Spule machen. Wenn man sich so Meßgeräte
anschaut die industriell hergestellt sind, RCL-Meßgeräte
oder sonstwas für Meßgeräte, die haben alle umschaltbare
Meßbereichche, da wird daß nie mit nur einen Meßbereich
gemacht.
Das ist trotzdem falsch, Du hast nicht genau genug gemessen...
Wenn man die R-L-C-Differentialgleichung GENAU (also ohne Vereinfachung)
löst, erscheint ein weiteres Glied unter der Wurzel, das die Frequenz
etwas verringert. Das wäre sonst auch gegen das Energieerhaltungsgesetz.
Die Formel ist im Wikipedia zu lesen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingkreis
Ohne höhere Mathematik kann man das überprüfen, wenn man die Formel in
Calc/Excel hackt und den Widerstand variiert. Die Frequenz wird etwas
kleiner, in Abhängigkeit vom Verlustwiderstand.
W.S. schrieb:> Ähem, nein, da liegst du falsch. Probier's ruhig mal an der> Originalschaltung aus ...
Ok, da habe ich vielleicht zu kurz gedacht. Nach meinem Verständnis
bestimmen nur L und C die Frequenz, aber:
Werner H. schrieb:> Wenn man die R-L-C-Differentialgleichung GENAU (also ohne Vereinfachung)> löst, erscheint ein weiteres Glied unter der Wurzel, das die Frequenz> etwas verringert.
Das schreit danach, in einer Simulation auszuprobieren. Wie stark ist
der Effekt bei dem vorliegenden Oszillator?
(Werde ich machen, bin aber gerade dabei einen Fender-Röhrenamp mit
LTSpice möglichst komplett und exakt zu simulieren (werde ich dann auch
ins Analogforum stellen) und habe den Hang mich an zu vielen Baustellen
zu verzetteln).
Michael M. schrieb:> Mohandes H. schrieb:>>> die Thompsonsche Schwingungsgleichung...>> Diese mit p kommt jedoch aus der "Wohnungspflege"... :-D
Uhh ... kam mir beim Schreiben schon seltsam vor.
Hasi Goreng schrieb im Beitrag #6641066:
> Mit Oszi und Frequenzmesser.
Naja, mit einem Oszi ist die Freq.-Messung nicht sonderlich genau.
Frequenzzähler natürlich schon.
> Ich bin kein Freund von Simuliererei und der Suche nach nicht> vorhandenen Haaren in der Suppe.
Das sagst Du. Hier geht es ja um kleine Frequenzänderungen wenn der
Oszillator durch das Testobjekt verstimmt wird.
Oszilloskope nutze ich auch schon ein paar Jahrzehnte, LTSpice erst seit
kurzem. Und langsam fange ich an, die Vorzüge einer guten Simulation
schätzen zu wissen. Simulation ist das eine, die Praxis das andere.
Beides hat ihre Berechtigung.
Hier geht es ja darum, die Ursache eines offensichtlichen Meßfehlers
herauszufinden. Das LC-Meßgerät wird in Bereichen ungenau oder die
Schwingung setzt ganz aus.
Da ist Spice eine gute Möglichkeit sich an die Sache heranzutasten!
Wieso wird überhaupt ein Oszillator mit dem LM311 verwendet? Wieso nicht
ein 'normaler' 3-Punkt-Oszillator a la Hartley oder Colpitts? Von der
Mathematik (Verstimmung eines Oszillators durch das Meßobjekt) ist die
Art des Oszillators unwichtig. Er muß nur über einen weiten Bereich
schwingen.
Werner H. schrieb:> Wenn man die R-L-C-Differentialgleichung GENAU (also ohne Vereinfachung)> löst, erscheint ein weiteres Glied unter der Wurzel, das die Frequenz> etwas verringert.
Das lese ich mir heute Abend in Ruhe durch. Bisher war ich der Meinung,
daß die Frequenz ausschließlich durch L und C bestimmt wird. Auch wenn
der Effekt klein ist - er ist da (und kann dann auch durch Optimierung
des Oszillators verbessert werden).
Mohandes H. schrieb:> Wieso wird überhaupt ein Oszillator mit dem LM311 verwendet? Wieso nicht> ein 'normaler' 3-Punkt-Oszillator a la Hartley oder Colpitts?
Ich schätze, die Erklärung dafür ist einfach: Der Urheber eben dieses
LC-Meters (AADE = Almost All Digital Equipment, das war Programm!) hatte
ohnehin einen digitalen Ausgang benötigt, um die Frequenz mit einem
PIC16F84 messen zu können. Das wird wohl der Hauptgrund gewesen sein.
So, ich wollte ja mal den Hartley ausprobieren. Siehe Bilder, gemacht
mit MicroCap. Da ich dort nix gefunden habe, um L und C mit Güten zu
versehen, habe ich einen Verlust-R in den Schwingkreis eingebaut. Man
sieht, daß so bei etwa 2.2 µF das Ende der Fahnenstange erreicht ist.
Der Oszi schwingt trotz der Kleinheit des Rverlust von nur 80mOhm nur
mühsam an.
Naja, aber wenn er denn schwingt, gibt es auch ne ordentliche Amplitude
- wenigstens im Simulator.
W.S.
Noch eine pfiffige Anwendung unter Ausnutzung der Frequenzverstimmung
habe ich bei einem industriellen Argon-Plasma-Gerät erlebt. ICP
(Inductive Coupled Plasma) für die Spurenanalyse in der anorganischen
Chemie. Hier wird ein feiner Nebel der Lösung durch ein heißes
Argonplasma geblasen und Emissionslinien werden oberhalb quantitativ
vermessen.
Die Anregung erfolgte mit einem 27-MHz-Sender üblicher Bauart in einer
gekühlten Arbeitsspule mit 3 - 4 Windungen bei 1-2 kW. Das brennende
Plasma ist ein glühender Ring mit wenigen Ohm Widerstand und belastet
die Arbeitsspule stark. Ein nicht brennendes Plasma belastet überhaupt
nicht.
Deshalb braucht man ein schnell reagierendes Pi-Filter für die
Anpassung. Mit der nötigen Phasen- und Amplitudenmessung für 2 kW ist
das ganz schön groß und aufwendig, also teuer. Das Zünden des Plasmas
erfolgt durch Funken-Ionisation.
Bei einem Low-Cost-Gerät (= High Profit) etwa ab 1990 haben die
Entwickler von Amateurfunkern (ARRL) abgeschaut. Der Sender hatte außer
einer Sendetriode (Eimac 1000 H) Schwingkreise und Kondensatoren aus
Blechstreifen und nur wenige Keramik-C für die Grundabstimmung. Statt
eines Drehkos wird ein Teil eines Blechstreifens verbogen. Da man durch
komplette Abschirmung von Sender und Arbeitsspule auch das 27-MHz-Band
verlassen konnte, arbeitete man jetzt irgendwo um 40 MHz. Durch einfache
Rückkopplung entstand ein freischwingender Leistungsoszillator (1-2
kW!). Wegen der Frequenzverstimmung durch Belastung gelang so ein
stabiler Betrieb des Senders ungezündet (hohe Impedanz) und gezündet
(niederohmig) ohne weitere Anpassungsmimik. Der ursprüngliche Entwurf
mußte nur einmal richtig durchgerechnet und durchprobiert werden, dann
ging er in die Fertigung.
Die Kiste war natürlich anfällig gegen Röhrenalterung, bei 1 - 2 Jahren
Betrieb konnte kein Plasma mehr gezündet werden. Nach einem Röhrentausch
lief das meistens wieder richtig (außer die neue Röhre war schlecht).
Das war der Firma aber egal, der Kunde trug die Kosten, weil die Röhre
ja sowieso von der Garantie ausgenommen war. Die
Leistungs-Grundeinstellung erfolgte nach dem Röhrentausch über die
Plasma-Helligkeit durch Verbiegen eines Blechs im Anodenkreis. Das
überteuerte Helligkeitsmessgerät war nur einmal vorhanden und oft
unerreichbar, deshalb wurde die Leistung nach Auge(nschein) eingestellt
(Schweißglas im Probenraum). Das ging so gut, daß kaum einer das
Meßgerät verwendete, Praxis halt.
Heute werden nur noch Halbleitersender in dem Leistungsbereich
eingesetzt, habe davon aber keine Unterlagen.
Rinder-Überraschung schrieb im Beitrag #6641770:
> auch wenn das der diensthabende Zensor nicht wahrhaben will
Die Mathematik ist keine nette Dame, sondern eine Tyrannin. Entweder
hält man sich an ihre Regeln oder man wird gnadenlos mit einer
Hausnummer bestraft. Und mit der Physik ist es fast genau so.
Jedes schwingende System - egal ob mechanisch, elektrisch oder sonstwie
- hat einen zyklischen Energiefluß der konservativen Art (also nicht in
Wärme umwandelnd) in sich. Beim elektrischen Schwingkreis ist es die
Ladung des C, die sich zyklisch in das Magnetfeld der L wandelt und
wieder zurück. Beim mechanischen Schwinger ist es der Wechsel zwischen
statischer und dynamischer Energie (Masse und Feder).
So und nun kommt's: Nur ideale Systeme schwingen ewig, reale Systeme
besitzen Reibung irgendwelcher Art, weswegen bei denen Energie zugeführt
werden muß, um die Schwingung aufrecht zu erhalten. Das ist immer eine
Beeinflussung der im Schwinger kreisenden Energie und damit auch immer
eine Einflußnahme auf den zeitlichen Verlauf dieses Kreisens, also
schlußendlich ein Einfluß auf die Schwingfrequenz.
Genau aus diesem Grunde haben Ingenieure wie Clapp, Seiler, Vackar sich
Mühe gegeben, die Energiezufuhr aus einem Verstärker so gut es nur geht
von dem Schwingkreis zu entkoppeln. Das geht letztlich in die Richtung
möglichst großer Güte des Schwingkreises und damit möglichst kleiner
Beeinflussung der Frequenz.
W.S.
So, hier nochmal eine Simulation.
Ich habe zum einen den Treiber etwas kräftiger gemacht und zum anderen
eine Amplitudenstabilisierung eingebaut, welche die Gatespannung
amplitudenabhängig absenkt.
Man sieht, daß bei 2.2nF die Wechselspannung am Schwingkreis am Anfang
weit über 15Vss hochgeht, sich dann aber auf etwa 10Vss einschwingt.
Bei 2.2µF ist der Oszillator kurz vor dem Aussetzen, da läuft die
Wechselspannung am Schwingkreis langsam hoch und stabilisiert sich auf
etwa 5Vss.
Naja, den Verlustwiderstand im Schwingkreis habe ich zu 0.7 Ohm
angesetzt, wie realistisch das ist, muß man mal sehen. Bei "nur" 1µF
kann der bis zu 2 Ohm ansteigen, bei 470nF dann 5 Ohm - ohne daß die
Schwingung abreißt.
W.S.
Rinder-Überraschung schrieb im Beitrag #6641885:
> Kurzform: Es wird gerade die Energie zugeführt, die zur> Aufrechterhaltung der Schwingung erforderlich ist.
Deine Beiträge bestehen zu 100% aus Denkfehlern. Natürlich kann die
Einheit, die die Energie zuführt, niemals genau wissen, wieviel denn
nötig wäre, das geht nur aus der Beobachtung des schwingenden Dinges -
und dazu muß man eben dessen Schwingung verändern. Durch Anschubsen, was
die Richtung der originalen Bahn dezent verändert zum Beispiel. Ist ja
nicht viel wenn man's richtig macht, aber es ist eben auch nicht nichts.
W.S.
Mehr brauchst Du ja auchnicht, "Rinder-Überraschung":
> Seltsam ist dabei nur: Meine Schaltungen funktionieren nach dem von mir> genannten Prinzip.
das Seltsame und das Diskutierbare ist nicht die Verwendung eines
Gummibandes als Maßband. Sondern dass der Schneider damit zufrieden ist.
Prof. Rohde hält sogar die Diode am Gate in der Schaltung vom 02.04.2021
12:18 für Pfusch. Weil ihre Leitung "das Gummi" bei der Messung der
Schwingfrequenz ist.
Aber wem dieser Fehler vertretbar ist, der soll die Vereinfachung
genießen.
Ciao
Wolfgang Horn
Rinder-Überraschung schrieb im Beitrag #6641770:
> So, noch mal ...
Auch durch ständige Wiederholungen wird eine falsche Aussage nicht wahr.
W.S. schrieb:> Jedes schwingende System ...
Gute Erklärung W.S. - das ist aber verlorene Zeit. Für ihn ist das
scheinbar unumstößliche Wahrheit. Jedem das Seine.
Inzwischen habe ich den Original-Oszillator mit dem LM311 unter LTSpice
simuliert bekommen, er funktioniert in der beschriebenen Dimensionierung
bis etwa 10µF. Die genaue Funktionsweise ist mir allerdings auch nicht
klar. Texas Instruments beschreibt ja in den Applikationsschriften einen
sehr änlichen Oszillator.
Das Hauptroblem scheint tatsächlich zu sein, einen Oszillator zu bauen,
der über einen weiten Frequenzbereich schwingt. Daß der LM311 deswegen
verwendet wurde weil er ein TTL-Signal liefert, glaube ich weniger. Ein
FET am Ausgang eines beliebigen Oszillators tut es auch.
Nun bin ich dabei, durchzurechnen inwieweit sich die Güte des
Oszillators tatsächlich auf das Endergebnis Cx auswirkt. Die Änderungen
von z.B. 1nF (555.793 Hz) zu 1nF parallel 1pF (555.515 Hz) sind ja
minimal, das funktioniert nur durch den 'Trick' über die
Frequenzverstimmung. Wobei die Größe der Induktivität sich herauskürzt,
d.h. mathematisch spielt L keine Rolle.
Anbei die Simulation.
Edit: huch, was ist mit meinem Bild passiert (der weiße Rand war vorher
nicht da)? Kann ich leider auch nicht mehr löschen.
Was auf jeden Fall auffällig ist: die Amplitude direkt am Schwingkreis
sinkt mit steigendem Cx. Bis irgenwann ab ca. 10µF die Schwingung ganz
abreißt.
W.S. schrieb:> So, hier nochmal eine Simulation.
Wieso hast Du den Rverlust 0,7 Ohm eigentlich in Reihe zum Kondensator
C2 gesetzt? Ich würde ihn parallel legen. Oder, besser, in Reihe mit L
als Verlust des Gesamtschwingkreises.
Hallo zusammen, hallo Wolfgang
> Prof. Rohde hält sogar die Diode am Gate in der Schaltung vom 02.04.2021> 12:18 für Pfusch.
Wo hast du das her. Die Quelle interessiert mich. In fast allen
FET-Oszillatoren ist diese Diode enthalten, damit der FET bei der
positiven Amplitude des Schwingkreises nicht leitend wird (werden soll).
Es gibt über die Jahrzehnte unendliche Abhandlungen darüber, ob ja, ob
nein; und das schon, seit FETs in Oszillatoren verwendet werden.
73
Wilhelm
Wilhelm S. schrieb:> In fast allen> FET-Oszillatoren ist diese Diode enthalten,
Ja. Grund: Amplitudenregelung. Wenn bei steigender Amplitude die Diode
leitend wird, dann lädt sie damit den Kondensator zum Schwingkreis auf.
Die Folge ist, daß die mittlere Gatespannung negativer wird, der FET
also zugeregelt wird.
W.S.
Mohandes H. schrieb:> Wieso hast Du den Rverlust 0,7 Ohm eigentlich in Reihe zum Kondensator> C2 gesetzt?
Bei diesem Micro-Dingens hab ich vergeblich nach realen L und C mit
angegebener Güte gesucht. Deswegen hab ich eben ersatzeshalber einen R
in den Schwingkreis eingeschleift, schließlich sind es ja mehr die
Widerstände des Wickeldrahtes als die Isolation des Kondensators, was
zur Dämpfung beiträgt. Wo aber nun genau der R eingebaut ist, ist für
den Schwingstrom eigentlich egal.
Bemerkenswert ist mir aber, wieviel Strom die Schaltung bei großen C
werten zieht. Unteste Kurve: satte 200mA in der Spitze, über alles
gemittelt wohl um die 70mA.
W.S.
Meiner Meinung nach kann man die Funktionsweise des Oszillators am
ehesten mit dem Prinzip einer mechanischen Uhr vergleichen.
In einer mechanischen Uhr stösst die Hemmung das frequenzbestimmende
Bauteil, seien es ein Pendel oder eine Unruhe - sie sind das mechanische
Äquivalent zum elektrischen Schwingkreis, an und erzeugt so den
Sekundentakt, die "Arbeitsfrequenz".
Ebenso verhält es sich bei besagtem Oszillator. Der Komparator stösst
den Schwinkreis an und dieser führt daraufhin gedämpfte Schwingungen mit
seiner Eigenfrequenz aus. Der Komparator verhält sich wie ein Schalter,
der den Schwingkreis (periodisch) an die durch den Komparatorausgang
begrenzte Versorgungsspannung legt.
Das Bild "Prinzip " soll verdeutlichen, was ich meine.
Tatsächlich kann man den Komparatorausgang statt über einen Widerstand
auch über eine Diode (in Serie mit einem passenden
Strombegrenzungswiderstand) mit dem Schwingkreis verbinden, die Funktion
der Schaltung ändert sich nicht. Im Gegenteil, die Schwingkreisspannung
nimmt, wie zu erwarten, zu.
Das Bild "ozi_eins_zu_eins.." ist mit der Standartbeschaltung
aufgenommen
Die direkte Verbindung von Schwingkreis und Komparatorausgang stellt
einen Sonderfall dar, denn um die Schwingungen anzufachen und aufrecht
zu erhalten ist es ausreichend, dem Schwingkreis "irgendwann" (innerhalb
gewisser Grenzen) Energie zu zuführen. Dieses Irgendwann läßt sich am
einfachsten realisieren, indem der Mitkopplungspfad aufgetrennt und ein
Frequenzteiler, der in diesem Fall verzögernd wirkt, eingefügt wird.
Bild "Prinzip_erweitert"
Um diese Möglichkeit nachzuweisen habe ich mit Teilen aus der
Bastelkiste eine entsprechende Schaltung aufgebaut. Da kein "echter"
Komparator vorhanden war übernimmt ein einfacher Operationsverstärker
seine Funktion.
Bild "Schaltung..".
Dazu einige Oszillogramme:
"ozi_eins_zu_n.." obere Spur: Anregungsimpuls, untere Spur:
Schwingkreisspannung am Hochpunkt
"ozi_eins...erweitert" die Signale von oben nach unten: Teilerausgang,
Anregungsimpuls, Schwingkreisspannung, Komparatorausgang
Die von der Schaltung aufgenommenen Oszillogramme zeigen einen
interessanten Effekt: Solange die Schwingkreisspannung die
Schaltschwelle des Komparators erreicht bzw überschreitet schaltet der
Komparator, was aber bedeutet, dass die Güte des Schwingkreises - in
erster Näherung - für die Funktion von untergeordneter Bedeutung ist.
Der Oszillator arbeitet sowohl bei optimalem (hohe
Schwingskreisspannung) als auch bei ungünstigem (geringe
Schwingkreisspannung) L/C-Verhältnis einwandfrei, was für die von AADE
vorgesehene Anwendung des Oszillators eine wichtige Eigenschaft ist. Die
originale Schaltung stellt einen Oszillator dar, der ohne die bei
anderen LC-Oszillatorkonzepten übliche Umschaltung der
frequenzbestimmenden Bauteile in einem (sehr) weiten Frequenzbereich
schwingt.
In meinem selbst gebauten LC-Meter, das einen nach diesem Prinzip
arbeitenden Oszillator verwendet, beträgt der Frequenzvariationsbereich
etwa 1:400.
Wahrschei
Wilhelm S. schrieb:>> Prof. Rohde hält sogar die Diode am Gate in der Schaltung vom 02.04.2021>> 12:18 für Pfusch.>> Wo hast du das her. Die Quelle interessiert mich. In fast allen> FET-Oszillatoren ist diese Diode enthalten, damit der FET bei der> positiven Amplitude des Schwingkreises nicht leitend wird (werden soll).> Es gibt über die Jahrzehnte unendliche Abhandlungen darüber, ob ja, ob> nein; und das schon, seit FETs in Oszillatoren verwendet werden.
Wahrscheinlich diese Quelle:
Rohde, "All about Phase Noise in Oscillators", (3 Teile)
QEX Dec 1993, Jan 1994, Feb 1994
Anbei ein Screenshot der Textstelle.
Ist aber für die diskutierte Anwendung nicht von Bedeutung
MfG, Horst
HST schrieb:> Wahrschei
Ach Horst, natürlich kann man die Diode weglassen, das hatte ich bei den
ersten Simulationen ja auch so gemacht. Dann übernimmt eben der JFet die
Gleichrichtung. Allerdings macht der es ja nur relativ zu seinem
Source-Anschluß und das ergibt hier unangenehm große HF-Pegel bei
kleinem C (2nF etwa) von über 20Vss. Mit der Diode kann man das
reduzieren, weil man die gegen GND schalten kann. Darum die Diode.
Ich habe hier (aber eben nicht realiter, sondern nur simuliert) ein
machbares Frequenzverhältnis von 1:1000 erreicht, also 2nF...2µF, wovon
2nF durchaus fest eingebaut werden können und dennoch ein zu messendes C
sich bis auf weniger als 0.1pF auflösen läßt.
Aber das ist alles nur simuliert und zum Teil nur mit weniger als 0.7
Ohm als Verlustwiderstand angenommen. Das heißt im Klartext, daß die
Schwingkreisgüte rechnerisch besser als etwa 310 sein müßte - und das
ist realiter schon illusorisch.
Ich hab den Kram real auch mal durchgewobbelt und aus der 3dB Bandbreite
ergibt sich dabei eine Kreisgüte im Bereich von 9..13 - und das ist
lausig. Da erscheint es mir sehr verständlich, daß man ohne Gewaltritt
diese Schaltung für größere C als so etwa 15..68nF nicht zum Schwingen
bringen kann. Deshalb auch der Emitterfolger in der Simulation. Ohne die
Diode zieht dieser Oszillator in der Spitze über 300mA, im Schnitt dann
rund 100..150mA und das bei 5 Volt. Das ist allergrößtenteils
Verlustleistung, die in der grottenschlechten Güte verheizt wird, wenn
man C über so etwa 100nF zu messen gedenkt.
Für mich ist das sozusagen ein Fazit:
Der LC-Messer nach AADE geht gut in der Originalschaltung für
Kondensatoren im pF Bereich und allenfalls noch im unteren nF Bereich.
Ab etwa 470nF..1µF ist defintiv Schluß mit dieser Meßmethode, entweder
setzt die Schwingung komplett aus oder man mißt nur noch den Sägezahn
aus der Gegenkopplung.
Für das Messen von Induktivitäten hab ich noch nicht das obere Limit
ermittelt, aber L im nH Bereich mit Auflösung von 1nH und im unteren µH
Bereich bis etwa 220µH sollte gehen, so zeigt sich das auch bei meinem
alten Gerät.
Kurzum: Wer kleine L und C (bis wenige nF und wenige µH) messen will,
also HF-Leute, der ist mit diesem Gerät gut bedient. Aber für allgemeine
Zwecke ist es nicht geeignet, da helfen auch alle möglichen
Schaltungstricks nicht viel weiter. Die Auflösung bei kleinen Werten
istzwar exzellent, aber zu größeren Werten hin sind enge Grenzen in der
Funktionalität gesetzt.
W.S.
Ich hab' doch nur die Frage nach der Quelle beantwortet - siehe auch
meinen letzten Satz. Mir ist das eigentlich egal - für meine Anwendungen
reicht mein AADE aus ;-)). Schöne Ostern für dich und Julia.
MfG, Horst
W.S. schrieb:> ein machbares Frequenzverhältnis von 1:1000 erreicht, also 2nF...2µF ...
Du meinst ein Frequenzverhältnis von 1:32, weil √(2µF/2nF). Das wäre
aber wenig und in der Praxis schwingt der Oszillator auch mit C weit
unter 2nF.
W.S. schrieb:> mit weniger als 0.7 Ohm als Verlustwiderstand angenommen. Das heißt im> Klartext, daß die Schwingkreisgüte rechnerisch besser als etwa 310 sein> müßte - und das ist realiter schon illusorisch.> Kreisgüte im Bereich von 9..13 - und das ist lausig.
Eine Kreisgüte von 310 ist mit diesen Komponenten tatsächlich unmöglich.
Eine von 9-13 wäre echt lausig. Ich schätze die Kreisgüte auf 30-50. Die
0,7 Ohm sind ja auch nur 'geschossen'.
Was mir noch Rätsel aufgibt sind die beiden 10µ-Elkos. Warum so hoch?
Bei Derivaten der Schaltung finden sich auch 1µF oder sogar 100nF.
Mohandes H. schrieb:> Was mir noch Rätsel aufgibt sind die beiden 10µ-Elkos. Warum so hoch?> Bei Derivaten der Schaltung finden sich auch 1µF oder sogar 100nF.
Das ist doch offensichtlich, die bestimmen die untere Grenzfrequenz. Der
am
-Eingang legt fest, ab wann sich der OPV als Komparator verhält, und der
andere bestimmt, ab welcher Frequenz die Mitkopplung auf den
Schwingkreis wirkt, bzw. welche Kapazitäten dort möglich sind.
Mohandes H. schrieb:> Du meinst ein Frequenzverhältnis von 1:32, weil √(2µF/2nF). Das wäre> aber wenig und in der Praxis schwingt der Oszillator auch mit C weit> unter 2nF.
Ja, erstens: Schreibfehler. Zweitens: nö, der Mindest-C ist im Original
680pF. Das ist der eingebaute C und jeder Prüfling wird da parallel
drangeschaltet, womit C ab 680pF geht. Ich hatte hier mal 2.2nF als
Mindest-C angesetzt.
W.S.
Elliot schrieb:> Das ist doch offensichtlich, die bestimmen die untere Grenzfrequenz. Der> am> -Eingang legt fest, ab wann sich der OPV als Komparator verhält, und der> andere bestimmt, ab welcher Frequenz die Mitkopplung auf den> Schwingkreis wirkt, bzw. welche Kapazitäten dort möglich sind.
Nein, ist es nicht.
Der 10µF am E- dient zusammen mit dem 47k als Zeitkonstante zum Erzeugen
einer langsamen RC-Oszillation, so im Bereich von einigen Hertz, um den
Komparator in seinen eigentlich aktiven Bereich zu steuern.
Der 10µF Kondensator zwischen E+ und dem Schwingkreis dient dazu, daß
sich über den Mitkopplungs-R, die Signalverzögerung von etwa 200ns im IC
und die Gegenkopplung keine hochfrequente RC-Oszillation aufbaut.
Also, bei dieser Schaltung ist rein garnichts wirklich offensichtlich,
selbst die Wahl der beiden 10µF Kondensatoren ist nicht unkritisch. Je
nach dem vorhandenen ESR reagiert die Schaltung unterschiedlich.
W.S.
W.S. schrieb:> Der 10µF am E- dient zusammen mit dem 47k als Zeitkonstante zum Erzeugen> einer langsamen RC-Oszillation, so im Bereich von einigen Hertz, um den> Komparator in seinen eigentlich aktiven Bereich zu steuern.
Der Kondensator am -Eingang bestimmt Frequenzgang/Verstärkung des OPV.
Dieses Verhalten wirkt dann über die Mitkopplung auf den
eingangsseitigen Schwingkreis, der daraus das Eingangssignal für den OPV
macht...
Ian_Purdie_-_LC-Meter__das_Original.gif
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Prinzip_AADE.jpg
(49 KB)
Grundschaltung.jpg
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Gleichphasiger_Strom_im_Schwingkreis.jpg
(45 KB)
LC-Meter_meine_Version.jpg
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