Hallo,
ich hätte da mal eine allgemeine Frage bzgl. der Quarzauswahl, und zwar
frage ich mich in wie weit die Lastkapazität eines Quarzes für dessen
möglichen Einsatzbereich relevant ist.
Einige Quarze treiben ja relativ hohe Lasten (~30pF) , andere widerum
nur sehr geringe (~9pF).
Worin genau unterscheidet sich der daraus resultierende bevorzugte
Einsatzbereich?
Kann einer höheren bzw. einer niedrigeren möglichen Last generell ein
Vorteil gegenüber der jeweils anderen zugesprochen werden?
mfg
...kann man sagen, je höher die Lastkapazität des Quarzes ausfällt,
desto störunanfälliger wird die Schwingung?
...aber je höher die Last ist, desto schwieriger wird es wohl, diesen
zur Schwingung anzustossen... oder nicht?
HF schrieb:> ...kann man sagen, je höher die Lastkapazität des Quarzes ausfällt,>> desto störunanfälliger wird die Schwingung?
Nein, das hat damit nichts zu tun.
Ein Quarz arbeitet am besten in Serienresonanz, dort haben die
parasitären Kapazitäten der Schaltung keinen Einfluß auf die
Schwingfrequenz. Die meisten einfachen Quarzoszillatoren arbeiten aber
mit der Parallelresonanz des Quarzes. Diese liegt dicht neben der
Serienresonanz und ist abhängig von den Kapazitäten des Aufbaus. Um
jetzt dennoch die gewünschte Frequenz zu erhalten wird der Quarz so
hergestellt, dass er etwas zu hoch schwingt. Mit der Lastkapazität wird
diese absichtlich eingebaute Abweichung wieder ausgeglichen. Je höher
die Abweichung um so höher die Lastkapazität. Die Quarze können meist
passend für bestimmte Lastkapazitäten gekauft werden.
Bei zu hohe Lastkapazitäten gibt es aber in der Tat Probleme mit dem
Anschwingen.
Schönen Abend noch
> Die meisten einfachen Quarzoszillatoren arbeiten aber> mit der Parallelresonanz
IMO arbeiten fast alle Oszillatoren in Serienresonanz. Im Datenblatt ist
eine Lastkapazität angegeben. Der Quarz wird so geschliffen, dass er mit
dieser Lastkapazität bei der angegebenen Frequenz schwingt
(+/-Toleranz). Will man es ganz genau, kann ein Trimmer verwendet
werden, um die Frequenz kalibrieren zu können. Damit wird die
Serienresonanz verstellt. Die tiefste Frequenz wird erreicht, wenn die
Serienkapazität weggelassen wird, dies ist jedoch nicht bei allen
Oszillator-Typen möglich.
Die Parallelresonanz befindet sich ein paar kHz oberhalb der
Serienresonanz. Diese wird durch die parasitäre Parallelkapazität
verursacht. Sie liegt meist in der Größenordnung von 4-5pF. Wird ein
weiterer C parallel geschaltet, verschiebt sich die Parallelresonanz in
Richtung tieferer Frequenzen. Der Abstand zwischen Serien- und
Parallel-Resonanz wird kleiner. Dadurch wird auch der Verstellbereich
des zuvor genannten Trimmers in Richtung höherer Frequenzen reduziert.
Dann lässt sich der Quarz schlecht "ziehen".
B e r n d W. schrieb:> IMO arbeiten fast alle Oszillatoren in Serienresonanz.
In der Digitaltechnik findet man fast ausschließlich die
Pierce-Schaltung, und die arbeitet mit Parallelresonanz. In der
HF-Technik mag das anders sein.
http://de.wikipedia.org/wiki/Quarzoszillator
Hallo PSPICE_Fan
Interessantes Thema, zuerst war ich mir auch nicht sicher, da sich
selbst die Literatur widerspricht. Aber nach meinem jetzigen Verständnis
handelt es sich beim Pierce um einen Serienresonanz-Oszillator. IMHO
liegt da Wikipedia falsch. Wobei durch Phasenverschiebungen in der
Schaltung die Parallelresonanz nicht genau getroffen wird, sondern der
Oszillator etwas höher schwingt.
In dem angehängten Beispiel sieht man, dass die Serienresonanz bei
9.000MHz liegt und die Parallelresonanz bei ca. 9.012MHz (out1). Der
Oszillator schwingt letztendlich bei 9.003 MHz (out3), also viel näher
an der Serien-, als an der Parallelresonanz.
Auch an der offenen Schleifen-Verstärkung (out2) kann man erkennen, dass
es bei der Parallel-Resonanz zwar eine Phase von Null Grad gibt, dort
aber die Schleifenverstärkung bei < -30 dB liegt. Deshalb wird bei der
Parallel-Resonanz die Schwingbedingung nicht erfüllt.
Gruß, Bernd
B e r n d W. schrieb:> IMHO liegt da Wikipedia falsch.
Ja Bernd, da liegst du richtig. Wie soll die Schwingung bei
einer Phasenverschiebung von 90° auch funktionieren?
> Diese Rückkopplung erzeugt aber eine Phasenverschiebung,> die mehr bei 90° als bei den erforderlichen 0° liegt
Die 90° beziehen sich aber auf die Schaltung nach dem Pierce.
B e r n d W. schrieb:> In dem angehängten Beispiel sieht man, dass die Serienresonanz bei> 9.000MHz liegt und die Parallelresonanz bei ca. 9.012MHz (out1).
Das sind aber 2 unterschiedliche Schaltungen wobei einige pF das Quarz
auch etwas "ziehen" könnten (z.B. durch Transistorkapazitäten)?
Hallo oszi40
> Das sind aber 2 unterschiedliche Schaltungen
Die 1. Schaltung entspricht einem Aufbau, mit dem typischerweise
Quarzparameter ermittelt werden. C1 sollte der Lastkapazität aus dem
Datenblatt entsprechen.
Bei der 2. Schaltung handelt es sich um die aufgetrennte Schleife des
Oszillators. Die Pi-Anordnung des Quarzes soll eine 180° Phasendrehung
bewirken. Man kann aber erkennen, dass der Phasendurchgand 0° beim out2
sich etwas weiter rechts befindet. Dies erklärt noch nicht die 3kHz
Abweichung. Möglicherweise gibt es in der Schaltung noch einen
Unterschied zwischen Klein- und Großsignal-Verhalten, welcher in der
Simulation nicht erfasst wird.
Den BC547 hatte ich wegen der höheren Basis-Kapazität gewählt, um die
Frequenz etwas tiefer zu bekommen. Wird der 10pF Kondensator weiter
vergrößert, schwingt die Schaltung nicht mehr.
> ich glaube Deine Simulanten lügen manchmal wenn es um HF geht
Ich würde das nicht als "lügen" bezeichnen, die Simulation macht genau
das, was sie vorgesetzt bekommt. Sobald ich die Ursache verstehe und das
Modell dementsprechend anpasse, stimmt auch das Ergebnis. Das Problem
sitzt eher vor dem Computer.
Mir ging es um den Beweis, dass der Oszillator offensichtlich nicht auf
der Parallelresonanz schwingt.
PS
Eine Induktivität in Reihe zum Quarz würde die Frequenz eher in Richtung
tiefer Frequenzen verstimmen, ebenso eine parasitäre Kapazität.
In solchen Fällen hilft meist ein Blick in das hervorragende
Quarz-Kochbuch von Bern Neubig (Axtal), das komplett zum Download im
Netz steht.
Hier gehts zum Download von Kapitel 6
http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf
mit erhellenden Weisheiten über den Pierce Oszillator in Abschnitt 6.3.2
> http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf> Weisheiten über den Pierce Oszillator in Abschnitt 6.3.2
Dieses Kapitel hatte ich zuvor schon überflogen. Es gibt einen Hinweis
auf den Einfluss von Gatter-Laufzeiten. Ohne stundenlang die Formeln
nachzuvollziehen, gewinne ich da keine weiteren Erkenntnisse.
Darauhin habe ich meine Simulation nochmals mit dem BFR93 wiederholt
wegen seiner kleinen parasitären Kapazitäten und geringer Laufzeit. Mit
einem 40pf und einem 37pF Kondensator gegen GND schwingt die Simulation
genau auf 9.000 MHz. Auf weitere Nachkommastellen hab ich wegen der
Simulationsdauer verzichtet.
> Beim Pierce-Oszillator arbeitet der Quarz in Parallelresonanz.> http://www.crystek.com/documents/appnotes/PierceGateLoadCap.pdf
Die schreiben nur, dass sie einen Quarz mit Parallelschliff verwenden,
nicht dass dieser auf der Parallelresonanz schwingt.
Neubig schreibt in Abschnitt 6.2.5 zur Frage: Parellel oder
Serienresonanz:
Diese Begriffe werden häufig auf verwirrende Weise benutzt, was nichts
an der
Tatsache ändert, daß dies bereits vor Jahrzehnten wurde (Lit.[13],
[14]).
In allen Quarzoszillatoren schwingt der Quarz selbst auf einem
Arbeitpunkt, der in der Nähe seiner niederohmigen
(Serien-)Resonanzfrequenz liegt. Dies heißt aber nicht, daß der
Oszillator genau bei der Serienresonanzfrequenz des Quarzesarbeitet! Die
übrigen Schaltungs- und Frequenzzieh-Elemente verschieben den
Arbeitspunktdes Quarzes, es ist aber praktisch nicht möglich, einen
stabilen Betrieb an einemPunkt zu erreichen, der näher an der
Antiresonanz (Parallelresonanz) liegt als an der Serienresonanz.......
......Bei den mißverständlicherweise als Parallelresonanzoszillator
bezeichneten Schaltungen wirkt der Quarz als eine Induktivität mit dem
Wert Leff (Gleichung 10),die viel kleiner als die dynamische
Induktivität des Quarzes (L1) ist. Dieses Leffkann in der
Oszillatorschaltung dann mit den anderen Elementen einen
Parallelschwingkreis bilden, der Quarz selbst arbeitet aber in der Nähe
der niederohmigen Resonanz.
Aber unabhängig davon ist die eingentliche Ausgangsfrage des
Threadopeners nach der Lastkapazität und ihrer Auswirkungen in Kapitel 6
des Quarzkochbuches erschöpfend beantwortet.
