Oszillator geht nicht

[berliner (Gast)]

Hallo miteinander!

vor kurzem habe ich zu Übungszwecken einen Oszillator mit einer 
gedruckten PCB Spule gebaut. Dieser sollte mit einem BFR540 Transistor 
bei ca. 10-15 MHz auf einer doppelseitigen Platine (FR4)betrieben 
werden. In der Simulation klappte alles einwandfrei, doch nachdem die 
Schaltung physikalisch da war, stellte ich fest, dass der Oszillator 
nicht schwingt (keine Schwingungen am Ausgang messbar).

Im Anhang poste ich das Layout und die LT-Spice Simulation dazu (mit 
Transistor-Modell)

kann mir jemand auf anhieb sagen, ob und wo in meiner Schaltung ein 
(Denk?)fehler vorliegt?

Grüße Berliner

[berliner (Gast)]

Ach ja, die passiven Bauteile haben die Größe von 0402

[Hp M. (nachtmix)]

Du kennst wohl noch nicht den alten Spruch: "Alles schwingt, nur der 
Oszillator nicht!"

P.S.:
Warum koppelst du nicht über die Vcc-Leitung aus?
Da ist bestimmt mehr HF als an deinem Ausgang.

[Helmut S. (helmuts)]

Hier fehlt der Abblock-C am Kollektor(Versorgungsspannung).

Stimmt dr Arbeitspunkt. Nachmessen.

[Günter Lenz (Gast)]

Ja so ist das immer, ein Verstärker soll nicht schwingen,
aber er schwingt, ein Oszillator soll schwingen,
aber er schwingt nicht. Wie bei einer Rudi Carrell show,
wo er mit Schiffe in der Badewanne gespielt hat.
Die Schiffe sind alle untergegangen, nur das Uboot
wollte nicht untergehen. Um den Fehler zu finden,
brauchen wir erst mal den Stromlaufplan.

[Hp M. (nachtmix)]

Ein weiterer Fehler ist es für 10MHz einen BFR540 zu verwenden.
Dieser Trasistor hat eine fT von 9GHz, und es ist nicht ausgeschlossen, 
dass er auf einigen GHz schwingt, ohne dass du es merkst.
Für so langsame Frequenzen wäre ein NF-Transistor wie der BC547 richtig.


P.S.:
Günter Lenz schrieb:
> Um den Fehler zu finden,
> brauchen wir erst mal den Stromlaufplan.

Den gibt es.
In der asc-Dastei ist die pSpice-Simulation.

[Possetitjel (Gast)]

Hp M. schrieb:

>> Um den Fehler zu finden,
>> brauchen wir erst mal den Stromlaufplan.
>
> Den gibt es.
> In der asc-Dastei ist die pSpice-Simulation.

Super. Und die Beschreibung ist auf Sanskrit. Kann man ja
voraussetzen, dass ein Elektroniker Sanskrit beherrscht...

[Hp M. (nachtmix)]

Possetitjel schrieb:
> Kann man ja
> voraussetzen, dass ein Elektroniker Sanskrit beherrscht...

Wo siehst du Sanskrit?

Wie auch HelmutS schon bemerkte, fehlt da lediglich ein 
Abblockkondensator, sonst kommt mehr HF aus der Speiseleitung als aus 
dem Ausgang der Schaltung.

Wenn der Kollektor dann HF-mäßig an Masse liegt, ist bei diesem 
Transistor zu befürchten, dass die Schaltung im GHz-Bereich schwingt.

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

sieht nach Copitts-Oszillator aus. Da scheinen mir aber 2n für C2 und C3 
etwas groß.
0,8µH und ein Kreis-C von rund 300pF ist für ca. 10MHz zumindest ein 
ungünstiges LC-Verhältnis.
Kann mich aber auch täuschen.

Gruß aus Berlin
Michael

[Pandur S. (jetztnicht)]

100pF parallel ist etwas auf der kleinen seite, soviel hat man schnell 
mal als parasitaeten Wert. Lieber diesen Parallel Cap etwas groesser, 
dafuer die Spule etwas kleiner.

[Old P. (Gast)]

Hmmm, Du hast mit dieser gedruckten Spule auch einen ordentlichen 
parasitären Kondensator gebastelt.
Ob es daran liegt? Keine Ahnung, könnte aber sein.

Old-Papa

[Helmut S. (helmuts)]

Günter Lenz schrieb:
> Um den Fehler zu finden,
> brauchen wir erst mal den Stromlaufplan.

Hallo Günter,
immer wenn man hier eine Datei mit .asc findet, dann ist das der 
Schaltplan für LTspice.
LTspice ist ein kostenloses Simulationsprogramm. Das ist inzwischen das 
"Schweizer Taschenmesser" des Elektronikers. Damit kann man "alles" 
machen.

Link zum Download auf der Seite von Linear Technology.

http://www.linear.com/designtools/software/#LTspice
http://ltspice.linear-tech.com/software/LTspiceIV.exe


Support: Yahoo group (Man muss sich anmelden.)
https://groups.yahoo.com/neo/groups/LTspice/info

Gruß
Helmut

[Pandur S. (jetztnicht)]

Macht doch einfach ein png davon. Nicht alle haben LTSpice, resp wollen 
sich erst eine app downloaden, und einen Datensatz downloaden, wenn 
man's besser per bild im png format macht.

Ich zum Beispiel. Ohne PNG laeuft nichts.

[berliner (Gast)]

Wow, danke für eure Zeit und Tipps !
Ich werd auf jeden Fall nochmal den DC Arbeitspunkt prüfen, 
Blockkondensator einfügen und wenn's nicht funktioniert, den Transistor 
tauschen. Werde mich während der Feiertage damit auseinandersetzen.
Mit AC Arbeitspunkt hab ich im Moment keine Erfahrung: ein richtiger 
Zeitpunkt zum Sammeln also :-)

Anbei, wie gewünscht der Schaltplan als *.png

[oldeurope O. (Gast)]

Mach mal R3=0 Weiteres siehe angehängte asc.

LG
OXI

[Lurchi (Gast)]

Die Dämpfung der realen Spule dürfte einiges höher liegen als nur der DC 
Widerstand.

[B e r n d W. (smiley46)]

Ich fasse nochmal zusammen:

- Blockkondensator einbauen
- C2 und C3 auf 47pF-100pF verringern (2n passen nicht zur Frequenz)
- R3 auf 22 Ohm reduzieren (schwingt leichter an)
- R2 auf 330 Ohm vergrößern (Stromaufnahme 6mA)

IMO ist die Spule noch tragbar. Sie könnte jedoch auf dem TOP-Layer 
fortgesetzt werden, dann wären 2-3µH erreichbar.

[oldeurope O. (Gast)]

Michael U. schrieb:
> Copitts-Oszillator aus.

Clapp-Oszillator.

LG
OXI

[oldeurope O. (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Hallo Günter,
> immer wenn man hier eine Datei mit .asc findet, dann ist das der
> Schaltplan für LTspice.
> LTspice ist ein kostenloses Simulationsprogramm. Das ist inzwischen das
> "Schweizer Taschenmesser" des Elektronikers. Damit kann man "alles"
> machen.

Als ich kein LTspice hatte, konnten die Foristen mit LTspice
jede praktisch funktionierende Schaltung zu Müll erklären.

Seit ich LTspice kann, wird offiziell kaum noch simuliert.

LG
OXI

[B e r n d W. (smiley46)]

>> Copitts-Oszillator aus.
> Clapp-Oszillator.

Beim Clapp wäre C4 in Reihe zu L1, deshalb Colpitts!
https://de.wikipedia.org/wiki/Clapp-Schaltung

[oldeurope O. (Gast)]

B e r n d W. schrieb:
>>> Copitts-Oszillator aus.
>> Clapp-Oszillator.
>
> Beim Clapp wäre C4 in Reihe zu L1, deshalb Colpitts!
> https://de.wikipedia.org/wiki/Clapp-Schaltung

Wikipedia halt.
Ist trotzdem eine Clapp-Schaltung.
Zumindest weiss ich jetzt wo R3 herkommt. Weia!

Best of Wikipediaartikel:
"Mit der Spannungsverstärkung des Transistor von 0.99 und dem 
Spannungsteiler R3, R4 ergibt sich eine Gesamtspannungsverstärkung von 
etwas über 1" Trööööööööt



LG
OXI

[berliner (Gast)]

Danke für eure Tipps,
passive Bauteile habe ich weitgehend zusammengesucht, aktive werde ich 
später bestellen müssen, wenn Änderungen an passiven Bauteilen nicht 
funktionieren.

Zur Schaltung: diese wurde dem Buch "Schaltungstechnik – Analog und 
gemischt analog/digital" (Kapitel 5.5.3 AM/FM-modulierbarer Oszillator, 
Bild: Schaltungsvorschlag für einen AM/FM-modulierbaren Oszillator) von 
Johann Siegl entnommen.

[Old P. (Gast)]

berliner schrieb:
>
> Zur Schaltung: diese wurde dem Buch "Schaltungstechnik – Analog und
> gemischt analog/digital" (Kapitel 5.5.3 AM/FM-modulierbarer Oszillator,
> Bild: Schaltungsvorschlag für einen AM/FM-modulierbaren Oszillator) von
> Johann Siegl entnommen.

Tja, bei HF gibt es zwischen (theoretischem) Schaltplan und 
tatsächlicher Hardware immer Überraschungen.
Hättest Du einen Verstärker gebaut, würde dieser ganz sicher schwingen 
;-)

Old-Papa

[Helmut S. (helmuts)]

berliner schrieb:
> Danke für eure Tipps,
> passive Bauteile habe ich weitgehend zusammengesucht, aktive werde ich
> später bestellen müssen, wenn Änderungen an passiven Bauteilen nicht
> funktionieren.
>
> Zur Schaltung: diese wurde dem Buch "Schaltungstechnik – Analog und
> gemischt analog/digital" (Kapitel 5.5.3 AM/FM-modulierbarer Oszillator,
> Bild: Schaltungsvorschlag für einen AM/FM-modulierbaren Oszillator) von
> Johann Siegl entnommen.

Da ist aber der Emitterwiderstand 500Ohm und es wurde ein 2N2222 
verwendet. Wenn schon abkupfern, dann konsequent.

[Michael U. (amiga)]

Hallo,

@OXI Tagdesnein: für Clapp sprechen die recht großen Cs mit 2nF, die 
liegen dann ja im Serienschwingkreis. Dann stört mich aber der 
Parallel-C zur Spule.

Wenn Colpitts (zumindest hat jeder mein fehlendes "l" mitkopiert ;-)) 
sind mir die 2x2nF zu groß, die liegen dann ja in Reihe zu 220pF 
parallel zum Schwinkreis.
Andererseits verringert diese den Einfluß der 
Transistor(Röhren)kapazität, das war ja wohl der Vorteil des 
Clapp-Oszillators.

War aber alles nur von drüberschauen, das Dokument jetzt enthält sich da 
ja offenbar einer Zuordnung.

Gruß aus Berlin
Michael

[Ernst O. (ernstj)]

Leiterbahnen alle OK? Keine veregessen?

Nihil obligat ni oscillat (J Caesar)
It don't mean a thing if it aint got that swing (F. Sinatra)

frohes Fest

[oldeurope O. (Gast)]

Michael U. schrieb:
> Hallo,

Clapp = Colpitts mit kapazitiver Transformation.

Bei Clapp ist deshalb die Spannung am Kreis höher
als die am aktiven Element.

berliner schrieb:
> Zur Schaltung:

Eine Triode benötigt schon deutlich mehr HF-Spannung
zwischen Katode und Gitter als ein BJT zwischen
Emitter und Basis. Deswegen macht man bei BJT-Oszillatoren
eigentlich C4 kleiner als C3. Das mit R3 ist Huddel.
Setze mal einen Lötzinnklecks bei R3.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/278211/Schwinger_mit_BJT_002.asc

LG
OXI

[Günter Lenz (Gast)]

Ich würde R3 kleiner machen, oder weglassen.
R2 größer machen, C2 und C3 kleiner machen.
Bei meinen Schaltungen habe ich immer C2 / C3 = 5 gemacht.
Probehalber mal eine größere Luftspule anlöten, wenn
es dann schwingt, weißt du das die Kondensatoren zu groß sind.
Dann würde ich noch einen Stützkondensator parallel
zur Betriebsspannung schalten. Ist die Leiterplatte
zweiseitig? Nicht das du auf der anderen Seite der Spule
noch die volle Kupferfläche hast?

[berliner (Gast)]

Hallo miteinander,

hab ein Paar Stützkondensatoren eingefügt, 1µF, 100nF und 500pF. Noch 
keine Besserung wie man die Plots sieht. werde als nächstes R3 = 0 Ohm 
setzen und die C2 - C3 auf 100 pF setzen.

Grüße Berliner.

[berliner (Gast)]

Leiterplatte ist zweiseitig, auf der anderen Seite der Leiterplatte ist 
keine Kupferfläche.

[B e r n d W. (smiley46)]

@berliner

Der schwingt nicht, das Oszilloskop fängt die Signale aus der Umgebung 
auf.
Könnten wir ein neues Schaltbild haben, da sich ja einiges geändert hat?

[oldeurope O. (Gast)]

berliner schrieb:
> Leiterplatte

Wird das ein RFID-Lesegerät?

LG
OXI

[Marc O. (Firma: REICHL EMVandromed) (guglielmo)]

Wie schon angesprochen: das LC-Verhältnis ergibt eine viel zu geringe 
Kreisgüte. Induktivität versuchsweise verzehnfachen, die Gesamtkapazität 
auf 1/10 reduzieren. Den "oberen 2 nF- Kondensator würde ich auch 
dramatisch verkleinern.

[Frickelfritze (Gast)]

berliner schrieb:
> Leiterplatte ist zweiseitig, auf der anderen Seite der Leiterplatte ist
> keine Kupferfläche.

Das ist sehr ungünstig.

Der Kollektor der virtuell (HF-mässig) an Masse liegt hat keine
"Kraft" gegenüber dem Emitterkreis da die Masseverbindung sehr
lang ist (hinten herum bei den Anschlusspins, längsinduktivität).
HF Schaltungen die so in der Luft schweben sind schwierig in den
Griff zu kriegen. Versuche doch mal eine leere Platine mit
Kupferfläche darunter zu legen und mehrfach zu kontaktieren, oder
mehrere Massedrähte zwischen Emitterkreis und Kollektor-Versorgung.

[Paul B. (paul_baumann)]

OXI T. schrieb:
> Clapp-Oszillator.

Clappt trotzdem nicht.
;-)
MfG Paul

[Kurt B. (kurt-b)]

Paul B. schrieb:
> OXI T. schrieb:
>> Clapp-Oszillator.
>
> Clappt trotzdem nicht.
> ;-)
> MfG Paul

Welche Spannung liegt am R2 an?

 Kurt

[berliner (Gast)]

Hallo miteinander :-)

habe gerade diese Kombination ausprobiert: leider ohne Erfolg :-(
R3 = 0 Ohm
R8 = 0 Ohm
C3 = 500 pF

werde morgen versuchen eine andere Spule zu verwenden.

Mit dem Aufbau wollte ich eigentlich den Einfluss der Nähe von 
Eisengegenständen auf die Schwingfrequenz untersuchen.

[berliner (Gast)]

Am R2 liegt eine Spannung von knapp 1,8 Volt an.

[Nautilus (Gast)]

berliner schrieb:
> Am R2 liegt eine Spannung von knapp 1,8 Volt an.

Damit stimmt die Theorie: an der Basis Ub/2=2,5V - 0,7V =1,8V, somit ist 
der Emitterstrom 15 mA.
Wechselspannungsmässig wird die Basis mit dem Emittermit den C von 2nF 
Kurzgeschlossen, bei 10 MHZ sind das ca. 7 Ohm. Wie soll das 
anschwingen?
Die Kondensatoren zwischen Basis Emitter bzw. Emitter und Masse würde 
ich zu 120 pF wählen, den Koppelkondensator zwischen Basis und 
Schwingkreis auf 39 pF reduzieren und den Schwingkreiskondensator auf 
270 pF (gewählter Normwert) erhöhen.

Frohe Weihnachten Nautilus

[Displayer (Gast)]

Helmut S. schrieb:
> Hallo Günter,
> immer wenn man hier eine Datei mit .asc findet, dann ist das der
> Schaltplan für LTspice.

Wenn dieser Schaltplan aber mit dem Layout nicht übereinstimmt, was 
dann? Du hast im Layout einen R69, den gibt es im LTspice aber nicht.

[berliner (Gast)]

> Du hast im Layout einen R69.
Oh je, den hab ich übersehen. Der hat nen Wert von 0 ohm.
@Nautilus: danke, werde ich morgen mal ausprobieren!
Frohe Weihnachten euch allen :-)

[Kurt B. (kurt-b)]

berliner schrieb:
> Am R2 liegt eine Spannung von knapp 1,8 Volt an.

15 mA, das könnte schon passen.
Ich würde mal R5 auf 47k setzen und 12V anlegen.

C2 scheint die Dominanze auszuüben und die notwendige Phasenverschiebung 
abzuwürgen, C4 würde ich mal wegnehmen, ev. L1 durch eine Drahtspule 
ersetzen.

 Kurt

[B e r n d W. (smiley46)]

C2 ist mit 2nF definitiv zu groß und wurde für den MW-Oszillator 
optimiert. Mit 220pF für alle Kondensatoren ist die Schaltung laut 
Simulation sehr schwingfreudig. Eventuell befindet sich der Transistor 
auch schon im Halbleiterhimmel, wer weiß. Dieser Transistor mit einem 
Ft=9GHz bricht bei einer Ube = -2,5V durch.

R69 bzw. R8 gehören zum Modell der Spule für die Simulation. Sie sollten 
auf dem Layout nicht vorgesehen werden. Überbrücken ist ok.

Es stellt sich außerdem die Frage, ob die Schaltung möglicherweise doch 
schwingt, jedoch keine Messmittel vorhanden sind, um Schwingungen auf 
einer hohen, parasitären Frequenz nachzuweisen. Für diese Experimente 
kann ohne Probleme ein Transistor wie der BC847 verwendet werden. Damit 
wären Schwingungen im GHz-Bereich ausgeschlossen.

[berliner (Gast)]

Hallo miteinander,

Habe nun die Kondensatoren C2 und C3 zu 100 pF geändert. Bei 
Betriebsspannung von 5V zeichnet sich im FFT Fenster ein Peak bei etwa 
14,1 MHz. Werde nun C1 verkleinern und den R2 vergrößern.

Grüße Berliner

[berliner (Gast)]

Hallo miteinander,

Es läuft endlich :-)
Schwingt zwar im Bereich von 0 bis etwa 1 Volt, ist für mich aber 
ausreichend. Werde noch nachrechnen müssen, was ich da so alles 
verstellt hab :-)

Danke an alle beteiligten, bin wieder ein Stück schlauer geworden :-)

Grüße Berliner

[berliner (Gast)]

Ach ja, Auswertung:
Spule durch halbwegs korrekt berechnet, da LT-Spice FFT mit der 
tatsächlichen FFT etwa übereinstimmt.
Amplitude stimmt mit der LT-Spice Simulation nicht überein, müsste ich 
noch nachschauen warum.

[B e r n d W. (smiley46)]

Weil die Spule deutlich mehr Verluste hat. Für die Simulation kannst du 
200 mOhm in Reihe schalten und ca. Rp=10k parallel. Jegliches Material, 
welches die Spule berührt, reduziert die Güte, auch das 
Platinenmaterial.

[IUnknown (Gast)]

Die Hauptursache für das Problem ist deine geringe Schwingkreisimpedanz. 
Von der Ursprungsdatei ausgehend hat dein Schwingkreis grade mal ~50 
Ohm. Eine Impedanz im kOhm-Bereich macht die Schaltung deutlich 
gutmütiger. R3 ist übrigens nicht verkehrt. Wenn der Schwingkreis 
hochohmig genug ist, kannst du damit deinen Transistor lose ankoppeln. 
Wenn du dir mal das Ausgangssignal von deiner Simulation anguckst, wirst 
du sehen dass das alles, aber kein Sinus ist. R3 würde (hochohmiger 
Schwingkreis vorausgesetzt) das beheben.

Über die Ablockung musst du dir erstmal nicht soviele Sorgen machen. 
Klar, ideal ist anders, aber bei dem Frequenzbereich... bis ~30Mhz 
machts das Steckbrett auch noch mit.

Wenn du kannst, nimm einen höheren Frequenzbereich. Dann kannst du mit 
der selben Spule aber kleineren Kondensatoren ein besseres L/C 
Verhältnis wählen. Generell würde ich C3 auch deutlich kleiner als C2 
machen.

[berliner (Gast)]

@B e r n d W.
Gerne hätte ich mehr über die Modellierung von PCB Spulen erfahren.
200 mOhm wäre der Kupferwiderstand der Spule. Wie kommst du auf den Wert 
von Rp=10k? Müsste er nicht im Megaohm Bereich liegen wegen dem Hohen 
Widerstand des FR4 Substrats?

[oldeurope O. (Gast)]

berliner schrieb:
> Wie kommst du auf den Wert
> von Rp

Amplitude und Signalform an der realen Schaltung oszillographieren.
Dann in der Schaltung mit LTSpice Rp auf den gleichen Wert bringen.
Schon kennst Du Rp. Ohne RP ist die Amplitude in LTS ja höher.
So habe ich hier die Sendeleistung abgeschätzt:
http://c-quam.blogspot.de/2015/10/c-quam-pruefsender.html
An Verluste durch das Leiterplattenmaterial glaube ich bei der
Frequenz nicht. Aber HF-Abstrahlung gibt es sicherlich.
Ich wüsste nicht, wie man ohne LTS solche Sachen abschätzen sollte.

LG
OXI