Hallo,
ich soll einen Schülerversuch aufbauen, bei dem die Schüler die
Resonanzfrequenz messen soll. Es gibt einen Versuchsaufbau Aufbau 1,
allerdings liefert der kein verwertbares Ergebnis.
Meine Frage:
Hat jemand eine Idee warum es zu keinem Ergebnis kommt, oder kann mir
jemand einen alternativen Aufbau empfehlen? Es soll über Koaxialkabel
eine Sinusspannung auf einen Schwingquarz gegeben werden und über ein
zweites Koaxialkabel soll quasi der Widerstand des Kristall gemessen
werden.
Ich hoffe es wurde halbwegs klar was verlangt ist. Ich bin für jede
Hilfe dankbar
Das kann nicht funktionieren, denn du schliesst dein Eingangssignal am
koax-input nach Masse kurz und dein Quarz liegt dort auf Massepotential.
Der Eingangssinus wird im Widerstand am Eingang verbraten.
> bei dem die Schüler die Resonanzfrequenz messen soll.
Welche denn? Die Serien- oder die Parallelresonanz?
Wie auch immer: ich würde das einfach mit einem Spannungsteiler
probieren:
Gut dann bin ich doch nicht ganz unwissend. Ich dachte mir schon dass
der Aufbau nicht so ganz hinhauen kann.
Aber den anderen Aufbau mit dem Spannungsteiler habe ich mir auch schon
überlegt und aufgebaut, aber seltsamer Weise bekam ich da auch kein
wirkliches Ergebnis. Wie muss ich denn den Widerstand dimensionieren?
Vielleicht habe ich da einen Fehler gemacht.
Ob Parallel oder Serienresonanz ist eigentlich egal. Es soll in dem
Versuch nur das Phänomen Resonanz sichtbar werden.
Quarze haben eine sehr geringe Bandbreite, was ja durchaus gewünscht
ist. Kann es sein, dass die Frequenzschritte der Testspannung einfach so
groß sind, dass man die Resonanzfrequenz überspringt?
Das hab ich mir auch schon gedacht. Also ich habe es in einem Bereich um
die 32,768KHz in 0,001KHz Schritten abgetastet. Aber vielleicht zu
schnell. Wie lange dauert es denn bis der Quarz "reagiert"?
Hannes schrieb:
> Wie lange dauert es denn bis der Quarz "reagiert"?
So schnell, dass das sicher nicht das Problem ist. Wie bestimmtst du die
Resonanz in deinem Testaufbau ?
Nehmen wir z.B die von Lothar vorgeschlagene Schaltung mit
angeschlossenem Oszilloskop am Ausgang. Bei Resonanz wird die Amplitude
am Ausgang deutlich ansteigen.
Ich habe mir den selben Aufbau überlegt und getestet den Lothar
vorgeschlagen hat. Abgesehen davon dass ich mit dem Oszi über den Quarz
abgegriffen hab (sollte doch keinen Unterschied machen, oder irre ich
da?). Und dabei habe ich den Freuquenzbereich um die 32,768KHz in
1Hz-Schritten durchfahren. An meinem Oszi blieb das angezeigte Signal
allerdings immer konstant.
Der Quarz ist neu und ich habe es auch schon mit einem zweiten
baugleichen Quarz versucht.
Die Idee hatten wir ebenfalls schon. Allerdings weiß ich nicht wie ich
das prüfen könnte ohne den ganzen Frequenzbereich zu durchfahren. Wenn
da einer Idee hätte könnte ich das noch prüfen.
Hannes schrieb:
> Ich habe mir den selben Aufbau überlegt und getestet den Lothar> vorgeschlagen hat. Abgesehen davon dass ich mit dem Oszi über den Quarz> abgegriffen hab (sollte doch keinen Unterschied machen, oder irre ich> da?).
Doch macht es. Falls GND des Frequenzgenerator und des Oszilloskop ueber
den Schutzleiter verbunden sind, hast du den Widerstand überbrückt.
Ausserdem ist es unschön direkt am Quarz zu messen, da dieser durch die
Oszilloskop-kapazität gezogen wird.
Aha. Vielen Dank. Dann werde ich das mal der Tage unter die Lupe nehmen.
Wäre echt super wenn es daran liegt.
Ich melde mich dann sobald ich weiß ob es so funktioniert. Aber schon
mal vielen Dank an alle die so fleißig geholfen haben.
nen Wald-und Wiesenquarz hat 50ppm Schieflage und ähnliche Ziehfähigkeit
über den Temperaturbereich, entsprechend ca. 1.6Hz. Wie steil das Loch
im Impedanzverlauf nun wirklich ist entzieht sich meiner Erfahrung, aber
möglicherweise triffst Du die Frequenz mit den 1 Hz Schritten nicht
genau genug um es zu sehen. Vorschlag: aufs Datenblatt kucken wo der
Quarz mit den Betriebsbedingungen hinwandern kann und diesen schmalen
Frequenzbereich genauer abfahren. Oder einfacher nen networkanalyzer
hinzuziehen, dann können die jungen leute auch mal mit moderner Technik
arbeiten ;-).
gute Nacht
Detlef
Hannes schrieb:
> Und dabei habe ich den Freuquenzbereich um die 32,768KHz in>> 1Hz-Schritten durchfahren.
Zu grobes Raster.
> An meinem Oszi blieb das angezeigte Signal>> allerdings immer konstant.
Klar. Grund: Siehe oben.
Um das Phänomen "Resonanz" zu zeigen wäre etwas (gröber) mechanisches
vielleicht anschaulicher. Beim Quarz sieht man ja nicht wirklich etwas
"schwingen". Für Schüler sind solche Messkurven und Bode-Diagramme
ziemlich abstrakt und langweilig, wenn man nicht die visuelle
Beobachtung damit vergleichen kann.
Wie wäre es mit einem Feder-Masse-Dämpfer System in Form einer weichen
Feder, an der ein gewicht hängt, und deren oberes ende harmonisch
ausgelenkt wird (evtl. mit Motor und Pleuelstange)? Die Systemreaktion
könnte dann mit Ultraschall oder anderen Abstandsmessungen aufgezeichnet
werden.
Ich hätte den Versuch auch lieber etwas anders gestaltet, allerdings
habe ich da keinen Einfluss drauf. Ich muss diesen Versuch im Rahmen
meiner Hiwi-Stelle zum laufen bringen und die wollen es nunmal mit einem
Quarz machen.
Hannes schrieb:
> Das hab ich mir auch schon gedacht. Also ich habe es in einem Bereich um> die 32,768KHz in 0,001KHz Schritten abgetastet. Aber vielleicht zu> schnell. Wie lange dauert es denn bis der Quarz "reagiert"?
Hallo,
falls deine Widerstände 50 Ohm hatten und du ein paar Volt draufgegegben
hast, dann ist dein Quarz jetzt kaputt.
Bei 50Ohm solletst du da nur mit wenigen 100mV arbeiten, da diese
Uhrenquarze nur sehr wenig Leistung verkraften.
Um die Leistung habe ich mich gekümmert und den Widerstand
dementsprechend dimensioniert. Das sollte eigentlich kein Problem sein.
Einen 4Mhz könnte ich auch mal probieren.
Helmut S. schrieb:
> Hannes schrieb:>> Das hab ich mir auch schon gedacht. Also ich habe es in einem Bereich um>> die 32,768KHz in 0,001KHz Schritten abgetastet. Aber vielleicht zu>> schnell. Wie lange dauert es denn bis der Quarz "reagiert"?>>> Hallo,> falls deine Widerstände 50 Ohm hatten und du ein paar Volt draufgegegben> hast, dann ist dein Quarz jetzt kaputt.> Bei 50Ohm solletst du da nur mit wenigen 100mV arbeiten, da diese> Uhrenquarze nur sehr wenig Leistung verkraften.
Und ein 32 kHz Qurz auch im Resonanzfall deutlich über 50 Ohm liegt ,-))
D.h. man(n) hat dann einen massiven Spannungsteiler, irgendwo habe ich
noch ein altes science paper das etwas von etlichen kOhm bei 32kHz
schreibt.
Hannes schrieb:
> Ich habe eine Maximalleistung von 1uW und habe eine Spitzenspannung von> 100mV verwendet mit einem Widerstand von etwas mehr als 13 Kiloohm
Wäre ja in der richtigne Größenordnung.
Ok, mangels 32 kHz Quraz kann ich es nicht mal eben nachstellen.
Schlage daher vor, Du nimmst einen Quarz im Bereich 1 bis 5 MHz, sofern
zur Hand und versuchst es erneut.
Da könnte man dann ggfs. das Szenario daheim nachstellen.
Wenn der Quarz wirklich nur 1Hz Bandbreite hat, braucht er schon einige
Sekunden zum Einschwingen.
Je kleiner die Bandbreite und je höher die Güte. desto länger die Zeit
bis er sich aufs Maximum eingeschwungen hat.
Das ist aber bei jeden schwingunsfähigen Gebilde so.
Ralph Berres
Mal so nebenbei als Tipp, vielleicht ist es für ein Schülerexperiment
evtl sinnvoller keinen quarz, sondern einen Keramikresonator
(Keramikfilter) zu verwenden, die sind etwas breitbandiger und man
findet den Resonanzpunkt besser. Vielleicht sogar einen billigen
Piezosummer, die liegen so bei 2kHz und haben eine sehr breite
Resonanzkurve, da kann man wenigstens mehrere Messwerte aufnehmen und
erhält eine Aussagekräftige Kurve. Oberwellenresonanz sollte man damit
auch hinbekommen und man "hört" die Resonanz. Das ist für ein
Schülerexperiment evtl besser geeignet.
Wenn es jedoch um einen Qurtz gehen muss, dann vergiss meine Bemerkungen
;-)
Oder dann gleich verschiedene Schwingkreistypen mit unterschiedlichen
Güten anpingen und schauen, wo der Dip entsteht und wie steil er ist.
Sonst bekommt man kein Gefühl dafür, ob und wie sowas im schnellen Scan
aussieht. Also zB. LC mit theoretisch gleicher Resonanzfrequenz aber
passenden/unpassenden LC-Verhältnissen, irgendein RFID-Ding (Keycard,
Anti-Diebstahletikett), dann Keramikschwinger, dann Quarz. So eine
Quarzresonanzfrequenz ist schon am schwersten zu finden, wenn sie nicht
über ihr eigenes Feedback angeregt wird...
So, wie versprochen melde ich mich nochmal um zu sagen, dass es nun
endlich funktioniert und zwar sehr gut. Habe die von Lothar Miller
vorgeschlagene Schaltung verwendet mit einem 8MHz Quarz. Dann mal
herzlichen Dank an alle.
Ist echt ein super Forum.
Noch ein praktischer Hinweis: Am Quarz kann in Resonanz
Spannungsueberhoehung auftreten, nicht wundern und auch keinen
hochsensiblen Aktivtastkopf da anschliessen.
Zum Testen des Quarzes, nimm die Colpitts-Darlington-Geschichte aus
http://www.axtal.com/data/publ/ukw1979_e.pdf. Ist nicht besonders
sinusfoermig ohne Feintuning, schwingt dafuer mit so ziemlich allem
zwischen 3 und 25 MHz....
aufbau1.gif
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