Hallo,
wie könnte man Quarz- oder Keramikoszillatoren mit Operationsverstärkern
aufbauen?
Gibt es da viele Möglichkeiten oder eigentlich nur die gleichen wie bei
Inverterschaltungen (wobei der OP dann quasi als "digitaler" Inverter
arbeiten würde)?
Ein altbetagter NE5534 hat eine Bandbreite von 10MHz.
https://www.ti.com/lit/ds/slos070d/slos070d.pdf?
Bedeutet das, dass man mit ihm einen 5MHz-Grundwellenquarz zum Schwingen
bringen könnte?
Davon abgesehen gibt es ja auch OPs für deutlich höhere Frequenzen,
damit müsste man ja noch viel höhere Schwingfrequenzen erreichen können.
Rüdiger schrieb:> Gibt es da viele Möglichkeiten oder eigentlich nur die gleichen wie bei> Inverterschaltungen (wobei der OP dann quasi als "digitaler" Inverter> arbeiten würde)?
Eine Colpitts- oder Pierce-Topologie bietet sich an. Der OPV darf dabei
nicht als "digitaler" Inverter arbeiten sondern ausschließlich linear
als Verstärker/Puffer. Die notwendige Begrenzung der Amplitude muss
extern, z.B. wie im Anhang über einen Soft-Limiter erfolgen. Die
Bandbreite des OPV sollte 5...10 mal höher liegen als die
Resonanzfrequenz des Quarzes oder LC-Kreises.
Rüdiger schrieb:> Ein altbetagter NE5534 hat eine Bandbreite von 10MHz.
Sei mal ein bissel vorsichtiger mit solchen Zahlen. Beim OpV wird
zumeist das Bandbreite-Verstärkungsprodukt angegeben, also in diesem
Falle, daß der OpV bei 10 MHz noch eine Verstärkung von 1 hat. Aber
sowas hängt auch davon ab, ob und wie die eingebaute Kompensation
gemacht ist.
W.S.
Hp M. schrieb:> Warum sollte man, wenn 1 Transistor reicht?
Eine Begründung für eine solche Konfiguration würde mich
auch interessieren.
Warum einfach wenn's umständlich auch geht?
Akademisches Herumplänkeln? Oder künstlich erzeugtes Thema
um den Forums-Traffic zu erhöhen?
Ich sehe jedenfalls keine sinvolle, vernünftige Anwendung.
weiter weg schrieb:> Hp M. schrieb:>> Warum sollte man, wenn 1 Transistor reicht?>> Eine Begründung für eine solche Konfiguration würde mich> auch interessieren.
Weil's eben auch funktioniert und einfacher ist. Noch simpler ist eine
Pierceschaltung mit Transistor.
Dafür gibt es jede Menge Anwendungen und hat mit "akademischem
Geplänkel" nichts zu tun.
HST schrieb:> Weil's eben auch funktioniert und einfacher ist.
Du hast es nicht verstanden.
weiter weg schrieb:> Eine Begründung für eine solche Konfiguration würde mich> auch interessieren.
.... bezog sich natürlich darauf warum einen Oszillator
mit einem "komplexen" OP-Aufbau zu realisieren.
weiter weg schrieb:> Warum einfach wenn's umständlich auch geht?
Aber soweit scheinen deine Gedankengänge nicht zu reichen.
Ein Oszillator erfordert eine Verstärkung von v >= 1 (nicht viel größer
als 1). Deshalb reicht ein Transistor eben aus. Zu viel Verstärkung
bringt eh nichts, weil dann Oberwellen entstehen.
Hat also seinen Grund, daß die allermeisten Oszillatoren nur mit einem
Transistor gebaut werden.
Das war auch sehr mißverständlich von dir ausgedrückt, da ich das
natürlich auf die zitierte 1-Transistor Konfiguration bezog.
"...Begründung für eine solche OPV Konfiguration..." wäre eindeutig
gewesen. Da musst du ja nicht gleich so ausfällig werden. Ich halte mein
Denkvermögen noch für ausreichend.
HST schrieb:> Da musst du ja nicht gleich so ausfällig werden.
Was ist daran ausfällig wenn ich sachlich vermute wie weit
deine Gedankengänge (nicht) reichen? Habe ich dich beleidigt,
beschimpft, bedrängt, oder was sonst?
Beim Oszillator von "von HST","xtal-Colpitts_Osc_solo.png"
würde ich den Kondensator an Basis-Emitter wenigstens 5 mal
größer machen als den Kondensator der parallel zum 1 kOhm
widerstand ist. Und den Quarz würde ich noch mit einen
Trimmer 50pF in Reihe schalten, hat sich bei mir bewährt.
Vielen Dank für die Antworten und die Schaltungsvorschläge.
Es geht mir tatsächlich in der Hauptsache erst mal darum, das Thema
theoretisch einzukreisen.
Ein-Transistor-Oszillatoren mit FETs und BiPos (nebst Invertern) habe
ich schon einige gebaut.
Da die OPs teilweise immer schneller werden, interessiert mich das
Thema. Und ich überlege, versuchsweise einen BFO für eine ZF von 455kHz
einfach mal mit einem OP aufzubauen.
Von da her sind Schaltungsvorschläge in dieser Richtung immer
willkommen.
Ansonsten haben viele von den "schnelleren OPs" offensichtlich hier den
Nachteil, dass sie sehr niederohmig (50 Ohm) angesteuert werden wollen.
Das mag so ein Quarz wegen der daraus resultierenden "hohen Ströme"
wahrscheinlich eher nicht.
Hallo Günter,
mittlerweile O.T.... :))
Es ist richtig, dass man solche Schaltungen je nach Anwendungsfall
optimieren kann. Mein obiges Bild basiert einfach auf einer sehr
populären Schaltung von G3UUR (Anhänge) zur Ausmessung von
Quarzparametern für Filter. Die relativ starke Rückkopplung ermöglicht
das Anschwingen so ziemlich aller Quarze (auch mit geringer Güte)
zwischen 2 und 25MHz. Da kommt natürlich kein sauberer Sinus heraus, was
für diesen Zweck auch nicht nötig ist.
@Rüdiger
Für einen BFO kannst dir ja mal die Schaltung mit einem NE602 (NE/SA612)
angucken. Der vereinigt Produktdetektor/Mixer und Oszi-Schaltung in
einem IC.
MfG, Horst
@ Rüdiger (und Günter?)
..und wenn du einen Colpitts-Oszillator wirklich verstehen willst (warum
z.B. der eine Transistor trotz der nicht vorhandenen
Spannungsverstärkung trotzdem verstärkt ;-) ), sieh dir dieses Video
(Englisch) an: https://www.youtube.com/watch?v=I4bAfDu6F1k
1. erklärt es die Funktionsweise des C.O. in Kollectorschaltung,
2. erhält man reichlich Hinweise zur Dimensionierung, also Anschwingen,
Quarzbelastung etc.
Michael
Hallo Michael,
ich hasse ja Youtube, weil da mittlerweile gefühlt mehr nervige Werbung
läuft als Inhalt. Aber das Video ist didaktisch wirklich super gemacht.
MfG, Horst
Youtube übertreibt's neuerdings. Ich lade daher auch so einiges
herunter, um die sch... Werbung loszuwerden. Es gibt ja zum Glück
genügend Online-Konverter dafür.
Themenverlassende Zwischenbemerkung:
HST schrieb:> ich hasse ja Youtube, weil da mittlerweile gefühlt mehr nervige Werbung> läuft als Inhalt.
Das Add-On "uBlock Origin" oder etwas Vergleichbares in den Browser
holen hilft ungemein.
Rüdiger schrieb:> Weil intern temperaturkompensiert?
Wohl kaum...
Dann hast du allenfalls eine gewisse Temp.-Kompensation für den
Verstärker (soweit man davon sprechen kann, denn ein Verstärker-IC
driftet ja auch), aber noch keine TK für den Quarz selbst und dessen
Beschaltung durch die Cs...
Der Quarz ist wohl die mit größte Fehlerquelle, denn es kommt auf dessen
Schnitt an; der bestimmt, wo (bei welcher Temperatur) der Umkehrpunkt
und die Wendepunkte sind. Siehe Anhang... (Quelle: Quarz-Kochbuch)
Michael M. schrieb:> Der Quarz ist wohl die mit größte Fehlerquelle, denn es kommt auf dessen> Schnitt an; der bestimmt, wo (bei welcher Temperatur) der Umkehrpunkt> und die Wendepunkte sind. Siehe Anhang... (Quelle: Quarz-Kochbuch)
Verstehe.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/572789/Umkehrpunkt.png
Gilt dieses Diagramm auch für Keramikresonatoren?
Rüdiger schrieb:> Gilt dieses Diagramm auch für Keramikresonatoren?
Sieh dir mal als Beispiel das Datenblatt von MURATA an:
https://www.mouser.de/datasheet/2/281/p16e-522700.pdf
Die TKs sind sehr unterschiedlich im Vergleich zu denen von Quarzen,
generell jedoch ein bis zwei (oder noch mehr) Größenordnungen schlechter
(Standard-Teile). In digitalen, nicht zeitrelevanten Einsatzgebieten
reicht das durchaus, ebenso sind die Güten von Resonatoren erheblich
niedriger...
Es kommt also sehr auf das Einsatzgebiet an, d.h. wie genau und stabil
die Schwingung sein soll. Dementsprechend wählt man das f-bestimmende
Teil. ;-) Auf sämtliche Unterschiede gehe ich jetzt mal nicht ein...
Supergenaue, zeitkritischen Anwendungen sind dann Domäne von TCXOs bzw.
OCXOs.
Michael
Bei Quarzen spielt leider nicht nur der eigene Temperaturgang eine (wenn
auch wesentliche) Rolle, sondern auch die am Quarz liegenden Kapazitäten
der Oszillatorschaltung. Die sind nämlich auch u.U. temperaturabhängig
und können die Serien- oder Parallelresonanz verschieben.
Anbei eine Simulation eines typischen 10MHz-Quarzes (AT-Schnitt,
Qu=90000) für verschiedene Serien- (CS) bzw. Parallelkapazitäten (CL).
Bei Stabilitätsanforderungen von besser als 10e-6 kann dieser Einfluss
schon sehr deutlich sein. (Passiert auch bei Induktivitäten am Quarz).
MfG, Horst
Hat zufaellig jemand einen R&S FSWP rumstehen und koennte mal das
Phasenrauschen der Transistorloesung und der Opamploesung vergleichen?
Das wuerde mich interessieren.
Olaf
olaf schrieb:> ...das Phasenrauschen der Transistorloesung und der Opamploesung vergleichen...
Ich habe zwar kein FSWP und habe derzeit keine Möglichkeit, das
Phasenrauschen zu messen, jedoch schätze ich, dass die
Transistorschaltung aufgrund größerer Freiheiten im Design besser
abschneiden wird.
Ich habe -nebenbei bemerkt- auch sehr wenig, besser gesagt keine
brauchbaren Applikationen für wirklich rauscharme Q-Oszillatoren mit
einem OPV gefunden.
EDIT: Die bekannten sehr guten OCXOs verwenden BJTs (allenfalls noch
JFETs). ;-)
Michael
Ich habe ein Miles Design Timepod, das misst per Kreuzkorrelation
bis kurz unter 30 MHz. Die Referenzen sind 2 Stk. 10 MHz Morions.
Dank KK kann das die Eigenschaften eines 3. Morion MV89A ausmessen,
auch wenn er besser ist.
Ich bin nicht bereit an den Oszillatoren viel rumzulöten, aber
dranstecken und messen geht. Phasenoise und ADEV.
OMG. Kalte Hände, kalte Füße, Ganzkörperzittern, Fieber,
völlig fertig. Das letztemal unter Leuten war ich letzte Woche
beim 2. Boostern. :-(
Gruß, Gerhard
Gerhard H. schrieb:> OMG. Kalte Hände, kalte Füße, Ganzkörperzittern, Fieber,> völlig fertig. Das letztemal unter Leuten war ich letzte Woche> beim 2. Boostern. :-(
Ja, ja! Man muss nur richtig feste dran glauben!
HST schrieb:> Anbei eine Simulation eines typischen 10MHz-Quarzes (AT-Schnitt,> Qu=90000) für verschiedene Serien- (CS) bzw. Parallelkapazitäten (CL).
Vielen Dank noch für die Simulation, Horst!
Rüdiger schrieb:> wie könnte man Quarz- oder Keramikoszillatoren mit Operationsverstärkern> aufbauen?
Vielleicht kann man noch mal auf meine erste Frage zurückkommen.
Da wurde ja eigentlich nur dieser sachdienliche Beitrag gepostet
https://www.mikrocontroller.net/attachment/572598/Colpitts_Crystal_Oscillator_with_Op-Amp.png
Gibt es noch andere Schaltungsvarianten, um mit Quarzen oder
Keramikresonatoren OP-Oszillatoren aufzubauen?
Dieter schrieb:> Gerhard H. schrieb:>> Das letztemal unter Leuten war ich letzte Woche beim ...>> Superspreaderevent. 4Mrd sind genug. ;)
Nein. Das ist eine normale Impfreaktion. Vergeht bald. Manche Menschen
bekommen das leider, je nach Impfstoff.
Rüdiger schrieb:> Gibt es noch andere Schaltungsvarianten, um mit Quarzen oder> Keramikresonatoren OP-Oszillatoren aufzubauen?
Nun, hier: Beitrag "Re: Quarz- oder Keramikoszillatoren mit Operationsverstärker"
wurden ja noch Beispiele gezeigt.
Allerdings ist eben der Bauteile-Aufwand nicht mehr mit einer
1-Transistorschaltung vergleichbar bzw. nur selten gerechtfertigt. ^^
Die Dimensionierung lasse ich mal dahingestellt, soo trivial oder
übersichtlich wie beim 1-Tr.-Colpitts finde ich sie nicht.
Letzterer hat seine breite Zustimmung in den "Fach"kreisen gefunden, und
das hat sehr wohl seine Gründe. Es gibt ganze "Schrankwände" an
Dokumentationen darüber im Gegensatz zu denen mit OPV...
Die Frage stellt sich:
Warum möchtest du "unbedingt" OPV einsetzen? Erfahrungen/Fortschritte
machen im Hobby ist als (einziges) Argument sehr wohl akzeptiert. :-)
Gibt es andere Gründe, die wir kennen sollten?
Michael
EDIT: An diejenigen, die hier nicht zum Thema schreiben..
Könntet ihr bitte eure "Absonderungen" meinetwegen auf FB oder Tw.
einstellen?
Michael M. schrieb:> Nun, hier: Beitrag "Re: Quarz- oder Keramikoszillatoren mit> Operationsverstärker"> wurden ja noch Beispiele gezeigt.
Der MC10116 dort ist ein triple differential amplifier, den würde ich
nicht als normalen OP auffassen wollen.
Irgendwo habe ich noch die Schaltung im Anhang mit MAX903 gefunden.
Michael M. schrieb:> Die Frage stellt sich:> Warum möchtest du "unbedingt" OPV einsetzen? Erfahrungen/Fortschritte> machen im Hobby ist als (einziges) Argument sehr wohl akzeptiert. :-)> Gibt es andere Gründe, die wir kennen sollten?
Es geht mir in der Hauptsache erst mal darum, das Thema
theoretisch einzukreisen und dann vielleicht praktisch damit zu
experimentieren (dafür hätte ich gerne erst mal eine Handvoll
Schaltpläne, deshalb der Beitrag hier).
Ein-Transistor-Oszillatoren mit FETs und BiPos habe
ich schon einige gebaut, auch mit Arduino und DSS wie Si5351 oder
AD9xxx, darum soll es hier nicht gehen.
> EDIT: An diejenigen, die hier nicht zum Thema schreiben..> Könntet ihr bitte eure "Absonderungen" meinetwegen auf FB oder Tw.> einstellen?
Ich schließe mich voll und ganz an, Admit bitte die reinen
"Gesundheitsbeiträge" hier löschen!
Rüdiger schrieb:> Der MC10116 dort ist ein triple differential amplifier,...
Ja, der Verfasser ist wohl Fan vom 10116. :-) Aber man kann ja die nicht
benötigten Pufferstufen erstmal wegdenken...
> ...dafür hätte ich gerne erst mal eine Handvoll Schaltpläne...
Du siehst, dass die nicht so dicke gesät sind. Gründe siehe mein voriger
Beitrag.
Ich habe persönlich schon ein Problem solche zu finden und müsste
deswegen Suchmaschinen befragen...
Hier:
https://dokumen.tips/documents/kapitel-9-oszillatoren-mywww-zhaw-fs2009-oszillatoren2009pdf-zhaw-asv.html?page=1
noch ein paar Grundlagen; da kommen auch OPV-Schaltungen zur Sprache...
Michael
In Elektor gabs sehr früh auch Quarzoszillator-Schaltungen mit Gattern,
Rechteck, Dreieck, Puls und sogar Sinus, mit 7400, 74HCT... usw., im
Prinzip reicht ja ein Inverter, überzählige Gatter zum Entkoppeln, als
Impulsformer oder für höheren Fanout auch parallel.
In den LTC-AppNotes waren glaub auch welche. Ich erinnere mich da
speziell an eine die besondere Eigenschaften haben soll.
Was Rauschen und Nebenlinien angeht, müssen es möglichst wenige aktive
Elemente sein. Also diskret bauen mit möglichst wenig Transen.
Rüdiger schrieb:> Gibt es noch andere Schaltungsvarianten, um mit Quarzen oder> Keramikresonatoren OP-Oszillatoren aufzubauen?
Z.b. eine Butler-Konfiguration (s. Anhang 1). Der OPV arbeitet, genau
wie bei der Colpitts-Variante, als einfacher Pufferverstärker. Zur
Begrenzung der Amplitude dienen antiparallele Dioden. Die
Schleifenverstärkung liegt bei etwa 6dB, der Quarz arbeitet in
Serienresonanz (s. Anhang 2).
Hallo Rüdiger,
es ist nicht so ganz klar, ob du auch Infos über besonders rauscharme
Xtal-Oszis haben möchtest. Falls ja, kann ich dir folgenden Link auf der
Seite von DK7JB empfehlen. Der hat sich mit solchen Oszillatoren und
deren Rauschmessung befasst und u.a. mit Dr. Ulrich Rohde
kurzgeschlossen. Du findest dort auch noch viele weitergehnde Links. Wie
oben schon mehrfach erwähnt, sind für hohe Anforderungen kaum OPVs zu
finden.
Hier der Link:
https://www.bartelsos.de/oszillator
MfG, Horst
