Hi ich brauche für eine Bastelei eine Quarzstabile Frequenz von 25 MHz. Dazu habe ich mit einem JFET J310 den ich noch in der Grabbelkiste gefunden habe einen Colpitts-Oszillator aufgebaut. Ansich funktioniert der auch ganz gut, die 25 MHz kommen schön stabil raus, aber das Problem ist, dass ich noch zu viele Harmonische habe. Mein Spek sagt, dass die Harmonischen bis zur 5. Oberwelle hoch reichen. Das ist schlecht! Meiner Meinung nach liegt es daran, dass ich eine viel zu grosse Schwingungsamplitude habe, nämlich 5 V-pp. Wie bringe ich es fertig, dass meine Schwingungsamplitude kleiner wird? soll ich besser einen Clapp-Oszillator verwenden, oder wie macht man am besten einen solchen Quarzoszi? Allgemein: wie bekomme ich die Amplitude noch besser in den Griff. Schlussendlich möchte ich die 25 MHz an 50 Ohm haben mit einer Leistung von 7 dBm. Geht sowas? Gruss.
Die Schwingungsamplitude stellt sich so ein, dass die Schwingbedingung (Vs praktisch=1) gerade noch erfüllt ist. Sie hängt also von aussteuerungsbedingten Nichtlinearitäten (Kompression) ab und ist ohne weiteres nicht definiert einstellbar. Man kann eine Amplitudenregelung dazubauen oder durch Zuschalten nichtlinearer Bauelemente (Dioden) bei bestimmten Pegeln eine Verstärkungsabsenkung erzwingen. Zur Weiterverwendung des Oszillatorsignals solltest du das rückwirkungsarm vom Oszillator abnehmen, dabei kannst du wie z.B. hier: Beitrag "Re: Auskopplung aus Oszillator." auch gleich die Amplitude einstellen ohne irgendwelche Regelungen oder Begrenzungen im Oszillator selbst.
Setz doch einfach einen Tiefpass dahinter. Dann hast du einen sauberen Sinus. Ist die Amplitude immer noch zu groß, einen Abschwächer dazu.
Im Quarzkochbuch ist ein Oszillator abgebildet, der die Begrenzung mit Dioden macht: http://axtal.de/cms/iwebs/download.aspx?id=87532 Bild 6.20
Tippgeber schrieb: > Allgemein: wie bekomme ich die Amplitude noch besser in den Griff. > Schlussendlich möchte ich die 25 MHz an 50 Ohm haben mit einer Leistung > von 7 dBm. Geht sowas? Für so eine hohe Leistung brauchst du noch mindesens eine Vestärkerstufe hinter dem Oszillator. Du könntest einen Tief- oder Bandpass zwischen Oszillaotr und Verstärker schalten, der die Oberwellen unterdrückt.
Hallo das mit den beiden antiparallelen Dioden habe ich eben in LTspice eingebaut. Es funktioniert, die Amplitude wird tatsächlich auf einen vernünftigen Wert begrenzt! Die Dioden habe ich allerdings parallel zum Quarz. 'Darf' man das so? im Prinzip wird der Quarz so ja mit den Dioden belastet?
Die Dioden direkt am Quarz sind schlecht, denn ihre je nach Begrenzung veränderte (Diffusions-)Kapazität beeinflusst die Schwingfrequenz. andre Möglichkeiten: -Verringere den Source-Strom des Transistors. Je weniger Strom, desto geringer wird die Steilheit des Transistors und desto weniger scharf wird der Begrenzungseinsatz und desto weniger scharf die Ecken im Sinusverlauf. -setze einen Gegenkopplungswiderstand in reihe zur Source oder erhöhe ihn. Auch durch diesen wird der Überschuss an Verstärkung zurückgenommen und die Begrenzung sanfter. -Ändre das Teilerverhältnis der Kondensatoren C1 und C2 der Colpitts-Schaltung. Auch das dreht an dem Verstärkungsüberschuss der Schaltung und damit an der Schärfe des Begrenzungseinsatzes. -Belaste den Oszillator mit Reihenwiderstand zum Drain. Dann wird die Amplitude nicht durch Spannungsbegrenzung sondern Strombegrenzung beeinflusst. Die könnte evtl. etwas weicher einsetzen. aufwändig, aber wahrscheinlich die beste Lösung: -Nimm eine Regelschaltung, die am Source-Strom eingreift. Dann wird die Amplitude nicht durch Begrenzung sondern durch die beinah stetige Steuerung per Source-Strom beeinflusst. Optimiere dabei den Spannungsteiler der Colpitts-Schaltung.
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Hallo allerseits damit wir nicht länger im Nebel stochern müssen hier habe ich meine Schaltung mal angehangen. Im 1. Bild sieht man das Startverhalten des Oszillators. Ich denke dieses ist ganz plausibel. Dann im 2. Bild sieht man, wie die Ausgangsspannung stark verzerrt ist - genau das will ich nicht. Ich möchte, sofern möglich, eine einigermassen definierte Amplitude und es soll bitteschön sinusförmig sein. Und, was auch interessant ist: diese Schaltung wie ich sie jetzt hier angehangen habe, funktioniert nur mit diesem Quarzmodell. Wenn ich das Modell eines anderen Quarzes, z.B. 10mH, 12fF einbaue, dann schwingt es nicht, und ich muss an C2 und C3 herum doktern. Ausserdem habe ich das Gefühl, dass ich mit diesen ganzen Kondensatorbeschaltungen den Quarz zu sehr belaste und ihn damit ungewollt ziehe. Aber das will ich nicht, ich möchte eine möglichst wenig gezogene Frequenz. Später möchte ich noch zwei Varaktoren einbauen und den Quarz mit diesen gezielt ziehen, aber fürs erste gerne eine feste Frequenz. Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden oder die Regelung einbauen würde. Gruss
Tippgeber schrieb: > Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden > oder die Regelung einbauen würde. Es gibt von Bernd Neubig eine Veröffentlichung, darin wird ein "Extrem rauscharmer 96-MHz-Quarzoszillator" beschrieben: http://www.qsl.net/dk1ag/96mhz.pdf Diese Schaltung hab ich auch schon mal mit einem 10 MHz-Quarz aufgebaut, die Bauteile natürlich entsprechend an diese kleinre Frequenz angepasst und das hat ganz gut funktioniert. Der Trick darin ist, dass die Amplitudenbegrenzung nicht direkt am Quarz gemacht wird, sondern im Feedback-Netzwerk, so dass dieser dadurch nicht belastet wird. Dadurch erreicht man eine sehr hohe Stabilität und geringes Phasenrauschen. Du darfst aber nicht erwarten, dass die Schwingung dadurch komplett frei von Oberwellen ist. Wenn deine Anforderungen da sehr hoch sind, wirst du evtl. trotzdem noch einen Oberwellen-Filter benötigen.
Prinzipiell erzeugen diese Oszillatoren (Colpitts bzw. Clapp) immer
Harmonische, wenn man am Source auskoppelt. Am Quarz direkt ist das
Signal ziemlich sauber. Dort kann mit einem zweiten Transistor
ausgekoppelt werden.
Beim Clapp gibts ja den Kondensator vom Quarz auf GND. Dieser
"Zieh-"Kondensator wird oft als Trimmer ausgeführt, um die genaue
Frequenz einstellen zu können. Dort kann ein sauberes Signal abgegriffen
werden. Der Puffer sollte den Quarz möglichst wenig belasten, denn die
Spannung ist da zwar relativ hoch, aber mit hoher Impedanz.
Ein JFet hat ja schon eine Diode (GS-Strecke) eingebaut und kann
besonders bei einer festen Frequenz selber ein wenig nachregeln.
> Verringere den Source-Strom des Transistors.
Bei relativ hohem Sourcewiderstand kann das Gate negativ genug gegenüber
Source werden. Einfach mal anstatt dem Sourcewiderstand ein Poti
einbauen und so hochohmig machen, daß der Oszillator gerade noch sicher
anschwingt.
Die Alternative dazu wurde ja schon genannt: Laß den Quarz einfach
schwingen und filtere anschließend. Je nach Anwendung muß sowieso
gepuffert werden.
PS
Schalte mal eine Induktivität ~100µ in Reihe zu R1.
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Tippgeber schrieb: > Die Frage ist halt jetzt noch, wo ich am klügsten die Begrenzerdioden > oder die Regelung einbauen würde. Dir bleibt doch nur die Bergrenzung am Quarz selbst, wenn du das mit einfachen Dioden machen willst, denn nur dort ist das Signal auch nullsymmetrisch, an allen anderen Stellen der Schaltung nicht. Du bindest also zwei entgegengesetzt parallel geschaltete Reihenschaltungen von z.B. 3 1N4148 über einen rel. niederohmigen Widerstand an den Quarz. In meiner Simulation funktioniert das gut.
Hallo Arno ja das dachte ich auch, aber ich befürchte, dass ich durch die Dioden eine Frequenzmodulation einführe. Oder trifft das nicht zu? Gruss
Die Dioden haben bei U=0V etwa 1pF Die Reihenschaltung von 3 Stück demnach 0,33pF und die Parallelschaltung der beiden Strecken 0,66pF. Das ganze ist dann über einen (zu optimierenden, möglichst hochohmigen) Widerstand parallel zum Quarz. Das sollte viel weniger Einfluss haben als C5.
ArnoR schrieb: > Die Dioden haben bei U=0V etwa 1pF Die Reihenschaltung von 3 Stück > demnach 0,33pF und die Parallelschaltung der beiden Strecken 0,66pF. Das > ganze ist dann über einen (zu optimierenden, möglichst hochohmigen) > Widerstand parallel zum Quarz. Das sollte viel weniger Einfluss haben > als C5. Beim Begrenzen werden die Dioden aber leitfähig. Und da wird die Kapazität durch die Trägerinjektion wesentlich vergrößert. Bei leitenden Dioden erhöht sich C schlagartig. Eine Diodenkette als Begrenzer zu nehmen ist eine gute Lösung, der die Oberwellen erzeugende Kennlinienknick bzw. Begrenzungseinsatz wird dadurch sanfter. Aber es sollten keine Logikdioden sondern die schnelleren Kleinsignal-Schottky-Dioden sein, bei denen die Kapazität im Durchlassbetrieb geringer ist. Auch die Induktivität in reihe zum 150-Ohm-Widerstand ist empfehlenswert. Ohne diese bedämpft der 150-Ohm-Widerstand den Schwingkreis unnötig.
Hmm also mit Dioden über dem Quarz schwingt das alles relativ schlecht an. Da brauche ich im Feedback-Netzwerk riesige Kondensatoren, damit sich eine Schwingung aufbaut gemäss LTSpice (Grössenordnung 100p). Das ist viel zu viel und ich denke dadurch wird der Quarz unnötig stark gezogen :-(
HA! ich habe jetzt, wie von Peter empfohlen, eine Induktivität beim Source rein gesetzt. Und zu allem zu habe ich für die Begrenzerdioden BAT54 verwendet statt 1N4148. Die BAT sind schneller. Und damit funktioniert der Oszllator zumindest jetzt in Spice schon sehr gut, schwingt zuverlässig an, hat eine berechenbare Amplitude und der Quarz wird nicht zu sehr belastet. Die Frage ist jetzt nur noch die Auskopplung. Ich habe dafür jetzt auch einen JFET verwendet als Sourcefolger. Da ich einen 50 Ohm Ausgang will, habe ich den Source-Arbeitswiderstand auf 50 Ohm festgelegt. Gäbe es noch bessere Möglichkeiten? Gruss.
Tippgeber schrieb: > Da ich einen 50 Ohm Ausgang will, habe ich den > Source-Arbeitswiderstand auf 50 Ohm festgelegt. Ja und? Der Ausgangswiderstand Ra des Sourcefolgers ist nicht gleich dem Sourcewiderstand Rs, sondern etwa Ra~1/S||Rs (S=Steilheit im AP). Für einen 50R-Ausgang musst du einen passenden Widerstand in Reihe zum Ausgang schalten. > Gäbe es noch bessere Möglichkeiten? Ich hatte eine oben schon genannt: Beitrag "Re: Auskopplung aus Oszillator."
Gerade bei nichtlinear arbeitenden Schaltungen, und das sind Oszillatoren, ist eine Simulation meistens recht unvollkommen. Da kann man nur ahnen, wie sich die Schaltung in der Realität verhält. Bei der Frequenz von 10MHz sind die Kondensatorwerte nur Orientierungswerte. Wegen der Streukapazitäten in der Schaltung und auch wegen der ungenauen Werte des Ersatzbildes. Tippgeber schrieb: > Das ist > viel zu viel und ich denke dadurch wird der Quarz unnötig stark gezogen > :-( die 2x 100pF wirken als 50 pF Last. Wenn man 30pF Lastkapazität braucht, schaltet man dann ca.70 pF in reihe zum Quarz, dann "sieht" der Quarz die Reihenschaltung 70,50,50, also 30 pF und man hat dann einen Quarz, der für 30pF Last hergestellt ist, genau auf seine Frequenz gezogen.
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Hallo Analogtechnikfreunde ich habe gestern den Quarzoszi aufgebaut. Mit C1, C3 = 33 pF und C2 56 pF. Als Quarz habe ich irgend einen Bastelquarz aus der Kiste genommen mit 10 MHz. Transistor ist ein BF245C, hatte keinen 309er mehr :/ so und was soll ich sagen, der Oszi schwingt, selbst ohne Begrenzer hat er schon recht wenig Oberwellen, anders als man aufgrund von Spice vermuten würde. Die Amplitude ist ca. 5Vss (!). Wenn ich jetzt den Begrenzer rein mache, verschwinden noch ein paar mehr Oberwellen und die Amplitude am Source ist ca. 1.5Vss - genau wie es sein soll! werde bei Interesse noch ein Bild vom Spektrum machen. Eine Oberwelle bei 30 MHz und eine bei 40, dann ist schluss - das dürfte einfach zum rausfiltern sein, denke ich. Zum Quarz dazu habe ich noch einen kleinen Trimmkondensator verbaut. Mit diesem kann ich die Frequenz des Quarzes etwas ziehen; weil der Trimmer nicht so gross ist ist der Ziehbereich auf ca. 3 kHz beschränkt. So konnte ich den Oszi gestern Abend mit Hilfe eines Frequenzzählers aus 10.000000 MHz abgleichen :-)
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