Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Temperaturstabiler 5V Spannungsregler ~1A


von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

Guten Abend!

ich suche einen Spannungsregler mit möglichst geringem Spannungsdrift 
über Temperatur und Betriebszeit, die Ausgangsspannung sollte so genau 
wie möglich 5V betragen. Ganz toll wäre ein LDO. Das Problem, der 
maximale Ausgangsstrom ist mit 1A recht hoch.

Um was geht`s? Ich plane eine Uhr/Timer mit Gasentladungsröhren (Nixie) 
die über einen Quarzofen (OCXO Baustein) ihren präzisen Takt erzeugt. 
Der verwendete Baustein hat eine Frequenzstabilität von +-5PPB, wenn ich 
richtig rechne ist das eine Sekunde Abweichung in ~6 Jahren. Die 
Bausteine haben den Nachteil das sie recht empfindlich auf 
Spannungsschwankungen der Versorgung reagieren, 5% Abweichung bedeutet 
+-5PPB ungenauerer Takt.

Und warum LDO? Die Uhr wird über ein Steckerschaltnetzteil betrieben, 
aus intern 12V möchte ich per DC-DC Wandler eine niedrigere Spannung 
erzeugen mit dem nachgeschalteten Präzisionsregler dann die Referenz für 
den Oszillator. Um So geringer die Verluste über dem Regler um so höher 
der Wirkungsgrad -> geringere Stromaufnahme im Leerlauf. (Die Nixies 
werden abgeschaltet wenn ich nicht vor der Uhr sitze)

Der Oszillator gibt ein 10Mhz Rechteck aus welches mit Dezimalzählern 
auf 1Hz runtergeteilt werden soll, ein Arduino Nano macht den Rest.

Danke!

lg,
Jan

von chris (Gast)


Lesenswert?

Wie wäre es mit einem Schaltwandler LM2596 als 3,3V 5V oder frei 
einstellabar als ADJ. Brauch knapp 1V mehr als die Ausgangsspannung sein 
soll.

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

>Wie wäre es mit einem Schaltwandler LM2596 als 3,3V 5V oder frei
>einstellabar als ADJ. Brauch knapp 1V mehr als die Ausgangsspannung sein
>soll.

Der wäre was als Vorregler, ob ein Schaltregler zur Versorgung eines 
präzisen (Analogen) Oszillators so gut ist? Ich weiß leider nicht wie 
die Teile auf Störungen auf der Versorgung reagieren. So genau sind die 
5V leider auch nicht, der Temperaturdrift unbekannt.

lg,
Jan

von Bürovorsteher (Gast)


Lesenswert?

> Der verwendete Baustein hat eine Frequenzstabilität von +-5PPB,


Zeig mal, kann ich irgendwie nicht glauben.

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

z.B.:

http://www.mouser.com/ds/2/3/AOCJY2-25218.pdf

Die Teile tauchen gebraucht in Ebay für ~30€ auf, daher will ich meinen 
beziehen. Neu liegen sie bei 100€ mehr.

lg,
Jan

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:
> ich suche einen Spannungsregler mit möglichst geringem Spannungsdrift
> über Temperatur und Betriebszeit, die Ausgangsspannung sollte so genau
> wie möglich 5V betragen.

Jo. "Möglichst gering" und "möglichst genau" hören wir hier echt gerne. 
Dicht gefolgt von "so billig wie möglich".

> Um was geht`s? Ich plane eine Uhr/Timer mit Gasentladungsröhren (Nixie)
> die über einen Quarzofen (OCXO Baustein) ihren präzisen Takt erzeugt.
> Der verwendete Baustein hat eine Frequenzstabilität von +-5PPB, wenn ich
> richtig rechne ist das eine Sekunde Abweichung in ~6 Jahren.

Ich rechne das jetzt nicht nach, verweise aber mal auf Schaltsekunden. 
Und Sommerzeitumstellung. Die Frage, wie du deinen OXCO zu kalibrieren 
gedenkst, stelle ich lieber gar nicht erst.

> Die Bausteine haben den Nachteil das sie recht empfindlich auf
> Spannungsschwankungen der Versorgung reagieren, 5% Abweichung bedeutet
> +-5PPB ungenauerer Takt.

Klar. Bei 5% verdoppelt sich die Drift gerade mal. Aber du willst einen 
"möglichst genauen" Spannungsregler. 0.5% (Faktor 10 besser als was du 
ohnehin hast) aka 5000 ppm über Temperatur und Zeit ist weit entfernt 
von "möglichst stabil".

> Und warum LDO? Die Uhr wird über ein Steckerschaltnetzteil betrieben,
> aus intern 12V möchte ich per DC-DC Wandler eine niedrigere Spannung
> erzeugen mit dem nachgeschalteten Präzisionsregler dann die Referenz für
> den Oszillator.

Klar. Weil man ja auch keine stabilen DC-DC-Wandler bauen kann.

> Der Oszillator gibt ein 10Mhz Rechteck aus welches mit Dezimalzählern
> auf 1Hz runtergeteilt werden soll, ein Arduino Nano macht den Rest.

Au au au. Du kommst mir vor wie jemand, der den Maschendraht für seinen 
Karnickelstall auf µm genau vermessen möchte, obwohl du ihn dann auch 
nur mit einer Bastelschere auf Länge schneidest.

von Lutz H. (luhe)


Lesenswert?

was bedeutet: Aging First Year   ±100 ppb
und Supply Voltage (Vdd) 3.13 3.30 3.46 Volts im Datenblatt?
Würde es reichen die Spannung für diesen einen frequenzbestimmenden 
Baustein zu stabilisieren.

: Bearbeitet durch User
von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

>Jo. "Möglichst gering" und "möglichst genau" hören wir hier echt gerne.
>Dicht gefolgt von "so billig wie möglich".

Nö. Ist ein Hobbyprojekt, der Regler darf wenns sein muss auch 20€ 
kosten.

>Ich rechne das jetzt nicht nach, verweise aber mal auf Schaltsekunden.
>Und Sommerzeitumstellung. Die Frage, wie du deinen OXCO zu kalibrieren
>gedenkst, stelle ich lieber gar nicht erst.

Die Uhr wird man im Betrieb einstellen können ohne Unterbrechung des 
Zählers (+- Tasten für Sekunden Minuten Stunden)
Ich arbeite in einem Elektronik Labor, dort gibt es einen Zähler. (ich 
glaube 8 Stellig) Der wird alle 2 Jahre zum Kalibrieren geschickt. Wenn 
ich es richtig weiß wird der mit einem Rubidium Normal nachgeglichen. 
Das reicht denke ich aus.

>Klar. Bei 5% verdoppelt sich die Drift gerade mal. Aber du willst einen
>"möglichst genauen" Spannungsregler. 0.5% (Faktor 10 besser als was du
>ohnehin hast) aka 5000 ppm über Temperatur und Zeit ist weit entfernt
>von "möglichst stabil".

Ich habe auch da keinen Baustein gefunden der 1A liefern kann. 0,5% 
Drift wäre wohl OK.

>Klar. Weil man ja auch keine stabilen DC-DC-Wandler bauen kann.

Stabil sicherlich, hab nie was anderes behauptet. Ich mache mir nur 
Gedanken das der Oszillator nicht sauber läuft wenn er Taktreste 
abbekommen sollte.

>Au au au. Du kommst mir vor wie jemand, der den Maschendraht für seinen
>Karnickelstall auf µm genau vermessen möchte, obwohl du ihn dann auch
>nur mit einer Bastelschere auf Länge schneidest.

Der Teiler kann noch so schlecht sein solange er keine Impulse 
verschluckt, selbst Jitter gleicht sich auf dauer wieder aus. Es geht um 
Langzeitstabilität, da sehe ich keine Probleme.

>was bedeutet: Aging First Year   ±100 ppb
>und Supply Voltage (Vdd) 3.13 3.30 3.46 Volts im Datenblatt?

Die Teile kann man extern über Spindeltrimmer nachgleichen, ich kaufe ja 
sowieso einen gebrauchten der schon gealtert ist. Von dem Teil gibt es 
auch eine 5V Version, habe wohl das falsche DB erwischt.

>Würde es reichen die Spannung für diesen einen frequenzbestimmenden
>Baustein zu Stabilisieren.

Was danach kommt ist "Digital", selbst Jitter ist uninteressant weil es 
im mittel wieder passt. Der erste Teiler muss halt die 10Mhz sauber 
verarbeiten können.

lg,
Jan

von chris (Gast)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:
> Ich weiß leider nicht wie
> die Teile auf Störungen auf der Versorgung reagieren. So genau sind die
> 5V leider auch nicht, der Temperaturdrift unbekannt.

Das kann ich dir auch nicht sagen.

Was heißt denn hier nicht genau ? Du rechnest dir den Spannungsteiler 
aus von dem Bock und wenn du eben 5,00000000000001V brauchst packste dir 
noch nen kleines Poti mit rein um dann auf deine 5.000V zu kommen. Mehr 
wird dir dein MM auch nicht anzeigen vllt  noch 5.0000V aber das ist 
schon verdammt gut. Zumal die Verlustleistung sehr sehr gering ist im 
Gegensatz zum Längsregler.

NixieJan schrieb:
> Der Oszillator gibt ein 10Mhz Rechteck aus welches mit Dezimalzählern
> auf 1Hz runtergeteilt werden soll, ein Arduino Nano macht den Rest.

Warum 10Mhz und kein Uhrenquarz mit 32,678 da kommst du mit 15 mal durch 
2 auf deine 1Hz und hast eine bessere beherschbarkeit der Frequenz. 
Selbst der AVR der auf dem Nano druf ist macht dir das. Da brauchste 
nicht mal die Dezimalteiler....

von chris (Gast)


Lesenswert?

Nachtrag:

chris schrieb:
> NixieJan schrieb:
>> Ich weiß leider nicht wie
>> die Teile auf Störungen auf der Versorgung reagieren. So genau sind die
>> 5V leider auch nicht, der Temperaturdrift unbekannt.
>
> Das kann ich dir auch nicht sagen.

Hast dich auf dem LM bezogen.... Habs mit dem Osci nachgemessen und 
konnte keine gravierenden Spikes oder festellen. Sauberes Layout 
vorausgesetzt.

von Stefan F. (Gast)


Lesenswert?

Schon man erwägt, den Oszillator an einer Referenzspannung zu betrieben 
und den Rest der schaltung an einer "normalen" 5V Versorgung? Schau Dir 
mal den REF195 an, der ist preisgünstig und liefert 5V 30mA.

von Achim H. (anymouse)


Lesenswert?

Im Moment würde ich da eine Aufteilung von Spannungsreferenz (wg. Drift 
und Tempco und Temperatur) und dem eigentlichen Regel-Element vorsehen, 
dazwischen irgendwo die Ansteuerlogik, welche man entweder dem einen 
oder dem anderen Teil zuschlagen könnte.

Bei alten Bauteilen würde mir ein LM723 mit Zusatz-Transistor für den 
Strom von 0,2 .. 0,6A einfallen -- mehr braucht der Quarzofen wohl nicht 
lt. Datenblatt (Power Consumption 3.00 Watts), und für den Rest kann man 
noch einen ungenaueren Regler verwenden.

Ansonsten mal hier schauen: Beitrag ""Nachfolger" LM723"

von Bürovorsteher (Gast)


Lesenswert?

> Neu liegen sie bei 100€ mehr.

Danke für den Link - kannte ich so noch nicht. Da erscheinen mir sogar 
die Neupreise noch als recht günstig.

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

>Was heißt denn hier nicht genau ? Du rechnest dir den Spannungsteiler
>aus von dem Bock und wenn du eben 5,00000000000001V brauchst packste dir
>noch nen kleines Poti mit rein um dann auf deine 5.000V zu kommen. Mehr
>wird dir dein MM auch nicht anzeigen vllt  noch 5.0000V aber das ist
>schon verdammt gut. Zumal die Verlustleistung sehr sehr gering ist im
>Gegensatz zum Längsregler.

Das Problem bleibt ja das gleiche, woher weiß ich wie stark die interne 
Referenz vom Regler driftet über Zeit/Temperatur. ;-)
Wenn ich Abgleiche passt es vielleicht, ein paar Wochen später 
vielleicht aber nicht mehr. Die ABsolute Spannung scheint auch nicht 
interessant zu sein, nur das sie sich nicht verändert.

>Warum 10Mhz und kein Uhrenquarz mit 32,678 da kommst du mit 15 mal durch
>2 auf deine 1Hz und hast eine bessere beherschbarkeit der Frequenz.
>Selbst der AVR der auf dem Nano druf ist macht dir das. Da brauchste
>nicht mal die Dezimalteiler....

Der Uhrenquarz ist nicht so langzeitstabil wie der Quarzofen. Es geht 
mehr um Faszination hinter der Technik und wie genau man es privat 
hinbekommen kann, (Deshlab auch kein 08/15 mit DCF77 Empfänger) ein 
Rubidium Oszillator war mir aber dann doch zu teuer ;-)

>Schon man erwägt, den Oszillator an einer Referenzspannung zu betrieben
>und den Rest der schaltung an einer "normalen" 5V Versorgung? Schau Dir
>mal den REF195 an, der ist preisgünstig und liefert 5V 30mA.

Hmmm, habe ich da was im DB falsch verstanden? Ich dachte die SPannung 
am Referenzpin wird intern generiert und dient nur zur Versorgung vom 
Nachgleichtrimmer? (Schleifer vom Poti über "Control Voltage" Pin 
zurück)
Oder kann ich darüber den Oszillator unabhängig von der Heizspannung 
versorgen?

>Im Moment würde ich da eine Aufteilung von Spannungsreferenz (wg. Drift
>und Tempco und Temperatur) und dem eigentlichen Regel-Element vorsehen,
>dazwischen irgendwo die Ansteuerlogik, welche man entweder dem einen
>oder dem anderen Teil zuschlagen könnte.
>
>Bei alten Bauteilen würde mir ein LM723 mit Zusatz-Transistor für den
>Strom von 0,2 .. 0,6A einfallen -- mehr braucht der Quarzofen wohl nicht
>lt. Datenblatt (Power Consumption 3.00 Watts), und für den Rest kann man
>noch einen ungenaueren Regler verwenden.
>
>Ansonsten mal hier schauen: Beitrag ""Nachfolger" LM723"

Wenn es da gute Möglichkeiten gibt wäre eine "unitegrierte" Lösung auch 
gut. Danke für den Tipp mit dem LM732er, ich schau mal was sich im Netz 
findet.

Gruß,
Jan

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

>Danke für den Link - kannte ich so noch nicht. Da erscheinen mir sogar
>die Neupreise noch als recht günstig.

Arg teuer sind die wirklich nicht im Vergleich zur Genauigkeit, für eine 
Uhr ist der sowieso schon fast übertrieben. (1 Sekunde in 6 Jahren 
Abweichung)

lg,
Jan

von posti (Gast)


Lesenswert?

Hi

Warum nicht das 'Zeitnormal' via DCF77 abgreifen?
Hättest Dir das ganze teure Zeug gespart.
Ok, nur alle 2 Minuten ein komplettes Telegramm, aber bis dahin sollte 
selbst der interne Takt genau genug sein.

MfG

von TL431-Fan (Gast)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:
> Guten Abend!
>
> ich suche einen Spannungsregler mit möglichst geringem Spannungsdrift
> über Temperatur und Betriebszeit, die Ausgangsspannung sollte so genau
> wie möglich 5V betragen. Ganz toll wäre ein LDO. Das Problem, der
> maximale Ausgangsstrom ist mit 1A recht hoch.

Wie wärs mit einem diskret aufgebautem Linearregler mit eine Referenz 
wie der TL431?
Also eine der Schaltungen aus dem Datenblatt:
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf

Es sind mehrere Schaltungen für Linearregler drin, z.B. Fig. 33.

Damit schafft man mit wenig Geld immerhin so um die 0,5% im Besten Fall, 
was schon mal genauer ist als übliche Linearregler.
Nimmt man eine präzisere Referenz geht natürlich noch mehr. 0,1% ist 
billig zu bekommen. Mehr geht vermutlich auch noch.

Man müsste allerdings mal kucken, wie es da mit der Bandbreite aussieht, 
aber mit einer sauberen Vorregelung aus einem handelsüblchen 
Linearregler sollte das klappen - wenn die Stromaufnahme halbweg 
konstant ist.

PS:
Fig. 39 ist übrigens ein heißer Tipp für alle LED-Fans. Billig, präzise 
und mit PWM steuerbar :-)

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:
>>Jo. "Möglichst gering" und "möglichst genau" hören wir hier echt
> gerne.
>>Dicht gefolgt von "so billig wie möglich".
>
> Nö. Ist ein Hobbyprojekt, der Regler darf wenns sein muss auch 20€
> kosten.

Na prima. Dein Ironiedetektor ist nicht nur falsch kalibriert, du hast 
gar keinen.

>>Ich rechne das jetzt nicht nach, verweise aber mal auf Schaltsekunden.
>>Und Sommerzeitumstellung. Die Frage, wie du deinen OXCO zu kalibrieren
>>gedenkst, stelle ich lieber gar nicht erst.
>
> Die Uhr wird man im Betrieb einstellen können ohne Unterbrechung des
> Zählers (+- Tasten für Sekunden Minuten Stunden)

Ganz recht. Und eben darum braucht man +/- 1s auf 6 Jahre. NOT!

> Ich arbeite in einem Elektronik Labor, dort gibt es einen Zähler. (ich
> glaube 8 Stellig) Der wird alle 2 Jahre zum Kalibrieren geschickt. Wenn
> ich es richtig weiß wird der mit einem Rubidium Normal nachgeglichen.
> Das reicht denke ich aus.

So. Du denkst, daß du denkst. Ehmm ... NOT!

>>Klar. Bei 5% verdoppelt sich die Drift gerade mal. Aber du willst einen
>>"möglichst genauen" Spannungsregler. 0.5% (Faktor 10 besser als was du
>>ohnehin hast) aka 5000 ppm über Temperatur und Zeit ist weit entfernt
>>von "möglichst stabil".
>
> Ich habe auch da keinen Baustein gefunden der 1A liefern kann. 0,5%
> Drift wäre wohl OK.

Ah ja. In deinem Universum hängt die Drift einer Spannungsreferenz 
also davon ab, wieviel Strom der Regler liefern muß, der an der Referenz 
hängt. Mal im Ernst: die üblichen Time-Nuts sind ja schon schwer zu 
ertragen, aber du hast so dermaßen keinen Schimmer ...

Wirst du dir jetzt endlich mal die Grundlagen drauf schaffen oder muß 
ich dich erst restlos lächerlich machen?

Dein (hypothetisches) Frequenznormal macht +/-5 ppb und zusätzlich +/-5 
ppb bei +/-5% Änderung der Betriebsspannung. +/-0.5% sind +/-5000 ppm = 
+/- 5000000 ppb. Das Frequenznormal hat also 1E-6 Underdrückung der 
Betriebsspannung. Und jetzt kommst du daher und verkaufst uns die 
Spannungsabhängigkeit deines Normals als ernsthaftes Problem? Wie 
bescheuert kann man sein?

von M. K. (sylaina)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:
> ich suche einen Spannungsregler mit möglichst geringem Spannungsdrift
> über Temperatur und Betriebszeit, die Ausgangsspannung sollte so genau
> wie möglich 5V betragen.

Sehr präzise Angaben..."möglichst gering"..."so genau wie möglich"...was 
willst du mit solchen Wischi-Waschi-Angaben erreichen (erinnern mich ans 
Studium, Standardsprüche von Professoren: "...hinreichend genau..." oder 
"...ausreichend gering..." usw.)? Du musst hier schon etwas präziser 
werden. Gut wäre eine Angabe wie "maximal 30 ppm/K und eine Genauigkeit 
von ±20 mV" (Werte sind jetzt natürlich völlig aus der Luft gegriffen). 
Überlege dir also zunächst genau welche Werte du benötigst. Dann fällt 
auch das Suchen leichter. Das gleiche gilt auch für den LDO. Wenn du aus 
12 V 5 V machen willst ist ein LDO zwar auch einsetzbar, bringt aber 
keinen Vorteil. Wenn du allerdings aus 5.76 V 5.00 V machen willst ist 
ja schon mal der Drop bekannt, den der LDO maximal haben darf. ;)

von Stefan F. (Gast)


Lesenswert?

>> REF195
> Hmmm, habe ich da was im DB falsch verstanden?

Ja hast du.

Der REF195 wird im Prinzip genau so verwendet, wie ein 7805. Also z.B. 
9V rein und hinten kommen stabile 5V (bis zu 30mA) raus. Du brauchst zur 
Beschaltung nur zwei Kondensatoren.

Falls dein Quarz-Dingsbums mehr Strom braucht, wird es allerdings 
schwieriger, weil du den  Ausgang des REF195 verstärken musst. Dann 
kommt die Ungenauigkeit dieser Schaltung wieder dazu.

von Dieter W. (dds5)


Lesenswert?

Stefan U. schrieb:
> Falls dein Quarz-Dingsbums mehr Strom braucht, wird es allerdings
> schwieriger, weil du den  Ausgang des REF195 verstärken musst. Dann
> kommt die Ungenauigkeit dieser Schaltung wieder dazu.

Laut Datenblatt braucht das "Quarz-Dingsbums" beim Anheizen 3W, das 
wären bei 3,3V rund 900mA!

Wenn man sich mal die Langzeitdrift anschaut so ist der Aufriss um die 
stabile Versorgung nur vergebene Liebesmüh.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:

> ich suche einen Spannungsregler mit möglichst geringem Spannungsdrift
> über Temperatur und Betriebszeit, die Ausgangsspannung sollte so genau
> wie möglich 5V betragen.

Da würde ich einen mit einem TL431A-IC bauen.
Schaltung steht im Datenblatt.

> Der verwendete Baustein hat eine Frequenzstabilität von +-5PPB, wenn ich
> richtig rechne ist das eine Sekunde Abweichung in ~6 Jahren.

Mit einer DCF-Uhr hättest Du eine Abweichung von einer Sekunde
in einer Million Jahren (theoretisch). :-)

von m.n. (Gast)


Lesenswert?

Ein OCXO ist nur sinnvoll, wenn man eine hohe Kurzzeitstabilität 
braucht. Langzeitstabil wäre wie schon gesagt DCF oder unabhänigig von 
der Region GPS mit einem 1 pps-Signal Ausgang.

Man kann Kurzzeit und Langzeit kombinieren, indem man den OCXO per GPS 
nachregelt ("diszipliniert").

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Mit einer DCF-Uhr hättest Du eine Abweichung von einer Sekunde
> in einer Million Jahren (theoretisch). :-)

Noch nicht mal. Die Abweichung wäre exakt 0 (Null, Nada, Niente).
Denn die PTB liefert die gesetzlich verbindliche Normalzeit.
Die kann von sich selber ja nicht abweichen.

von Pandur S. (jetztnicht)


Lesenswert?

Der OCXO bezieht die 3W nur die ersten 3 minuten oder so zum aufheizen, 
nachher sind's weniger. Also muss man nur die paar 100mA continous 
stabil liefern, die 900mA duerfen weniger genau sein.
Und ja ich wuerde das naechste Projekt gleich nachliefern. 
Synchronisation des OCXO, darf auch etwas guenstiger sein, auf das GPS.
Siehe "GPS disciplined clock" oder "GPS disciplined OCXO", gib's auch zu 
kaufen um die 200$, oder Selbstbau.
Siehe http://www.leapsecond.com/time-nuts.htm

Eine Rubidiumreferenz gibt's auch fuer etwa 80$. Aus China, resp aus 
Mobilfunk Basisstationen, da ist die halbe Lebensdauer schon weg, sollte 
aber trotzdem genuegen. Auf ebay

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:

> Noch nicht mal. Die Abweichung wäre exakt 0 (Null, Nada, Niente).
> Denn die PTB liefert die gesetzlich verbindliche Normalzeit.
> Die kann von sich selber ja nicht abweichen.

Deshalb theoretisch. Die 1Million Jahre war mal die Angabe der
PTB zur Genauigkeit ihrer Atomuhr. Inzwischen haben die aber
wesentlich genauere (optische) Uhren.

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

>Warum nicht das 'Zeitnormal' via DCF77 abgreifen?
>Hättest Dir das ganze teure Zeug gespart

>Mit einer DCF-Uhr hättest Du eine Abweichung von einer Sekunde
>in einer Million Jahren (theoretisch). :-)

Ich wollte halt versuchen wie genau es ohne geht. Sonst könnte ich ja 
gleich was fertiges kaufen. ;-)

>Wie wärs mit einem diskret aufgebautem Linearregler mit eine Referenz
>wie der TL431?
>Also eine der Schaltungen aus dem Datenblatt:
>http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf
>
>Es sind mehrere Schaltungen für Linearregler drin, z.B. Fig. 33.

0,5% Toleranz sind gut genug dafür, die Schaltung baue ich so auf. 
Danke. :-)

>Mal im Ernst: die üblichen Time-Nuts sind ja schon schwer zu
>ertragen, aber du hast so dermaßen keinen Schimmer ...
>
>Wirst du dir jetzt endlich mal die Grundlagen drauf schaffen oder muß
>ich dich erst restlos lächerlich machen?

Ich werde nie verstehen warum einige denken in der Anonymität vom Netz 
einen Freischein fürs rumpöbeln zu bekommen, redest du auch so mit 
Leuten die direkt vor dir stehen? Der einzige der sich lächerlich macht 
bist du.

>Sehr präzise Angaben..."möglichst gering"..."so genau wie möglich"...was
>willst du mit solchen Wischi-Waschi-Angaben erreichen (erinnern mich ans
>Studium, Standardsprüche von Professoren: "...hinreichend genau..." oder
>"...ausreichend gering..." usw.)? Du musst hier schon etwas präziser
>werden.

Die TL431 Schaltung ist genau genug dafür, sorry für die fehlenden 
Angaben meinerseits. Ich habe mich zuerst bei den integrierten Sachen 
umgeschaut, die sind meistens Bei dem Strom zu ungenau oder nicht zu 
bekommen.

>Wenn man sich mal die Langzeitdrift anschaut so ist der Aufriss um die
>stabile Versorgung nur vergebene Liebesmüh.

Etwas besseres als ein Standard Regler darfs schon sein, der Quarz 
altert zuerst schnell und dann langsamer. Mein "gebrauchter" ist schon 
eingelaufen, ich hoffe mit dem Nachgleichtrimmer das kompensieren zu 
können.

>Ein OCXO ist nur sinnvoll, wenn man eine hohe Kurzzeitstabilität
>braucht.

Sie sind trotzdem über lange Zeit stabiler als die üblichen ungeheizten 
Quarze, selbst ein 10 Jahre gealteter ist noch überschlagen 30x stabiler 
als ein Uhrenquarz. (Letzterer hat über eine Sekunde Abweichung pro tag)

>Synchronisation des OCXO, darf auch etwas guenstiger sein, auf das GPS.
>Siehe "GPS disciplined clock" oder "GPS disciplined OCXO", gib's auch zu
>kaufen um die 200$, oder Selbstbau.
>Siehe http://www.leapsecond.com/time-nuts.htm

Ich habe davon gelesen, der GPS Empfang soll aber recht kritisch sein. 
Ob das im Wohnraum (Stahlbetongebäude) klappt?

>Eine Rubidiumreferenz gibt's auch fuer etwa 80$. Aus China, resp aus
>Mobilfunk Basisstationen, da ist die halbe Lebensdauer schon weg, sollte
>aber trotzdem genuegen. Auf ebay

So günstig hatte ich bisher keine gefunden, in unbekanntem Zustand 
findet man die manchmal für ~120€. Wenn du Quellen hast, wäre ein 
interessantes Projekt finde ich. ;-)
Die Hersteller garantieren eine Lebensdauer von 10 Jahren für die Lampe, 
das heißt doch noch lange nicht das sie danach plötzlich defekt ist, ein 
Ausfall wird nur wahrscheinlicher.

lg,
Jan

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

NixieJan schrieb:

>>Wie wärs mit einem diskret aufgebautem Linearregler mit eine Referenz
>>wie der TL431?
>>Also eine der Schaltungen aus dem Datenblatt:
>>http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tl431.pdf
>>
>>Es sind mehrere Schaltungen für Linearregler drin, z.B. Fig. 33.
>
> 0,5% Toleranz sind gut genug dafür,

Bitte beachte, das es den TL431 in verschiedenen Genauigkeitsklassen
gibt. Ausserdem solltest Du die 5V mit einem Poti genau abgleichen,
dann aber das Poti ausmessen und Festwiderstände einlöten.

von Nase (Gast)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Bitte beachte, das es den TL431 in verschiedenen Genauigkeitsklassen
> gibt.

Und beachte, dass der TL431 beachtliche Schwingneigung bei nicht 
angepasster Reaktanz am Ausgang hat.
Da gibts im Datenblatt so ein Diagramm zu.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Nase schrieb:

> Und beachte, dass der TL431 beachtliche Schwingneigung bei nicht
> angepasster Reaktanz am Ausgang hat.
> Da gibts im Datenblatt so ein Diagramm zu.

Es gibt nur wenige Bauelemente mit einem derart umfassenden
Datenblatt. Wenn man die dort gegebenen Hinweise beachtet,
ist dieser Regler sehr zuverlässig und m.W. in 90% aller
Schaltnetzteile verbaut.

von Axel S. (a-za-z0-9)


Lesenswert?

Harald W. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>
>> Noch nicht mal. Die Abweichung wäre exakt 0 (Null, Nada, Niente).
>> Denn die PTB liefert die gesetzlich verbindliche Normalzeit.
>> Die kann von sich selber ja nicht abweichen.
>
> Deshalb theoretisch. Die 1Million Jahre war mal die Angabe der
> PTB zur Genauigkeit ihrer Atomuhr. Inzwischen haben die aber
> wesentlich genauere (optische) Uhren.

Das war nicht mein Punkt. Selbst wenn die Uhren der PTB morgen alle 
stehen bleiben würden - wenn deine Uhr die gleiche Zeit anzeigt (z.B. 
via DCF) dann geht deine Uhr exakt richtig. Denn die Uhrzeit der PTB 
ist per Definition richtig. Sie geben die Zeit vor und können also 
niemals falsch liegen.

Die Angabe von 1s in 1 Mio Jahren ist so auch Unsinn. Da müßte man 
zumindest mal dazu sagen, im Vergleich wozu diese Atomuhr denn besagte 
Sekunde Abweichung haben soll. Und der Punkt ist: es gibt schlicht keine 
solche Uhr. Das ist ein rein hypothetisches Konstrukt einer Uhr die ohne 
jegliche Fluktuation eine lineare Zeit liefert.

Und es ist noch schlimmer. Wenn die PTB morgen eine Uhr konstruiert, die 
Zeit um Faktor 100 besser auflöst, dann müßte man diese Uhr auch erst 
mal vermessen, um zu wissen, wieviele Zyklen dieser Uhr einer Sekunde 
entsprechen sollen. Und für diese Messung muß man eine andere, bereits 
kalibrierte Uhr verwenden. Es weiß aber niemand, ob (bzw. um wieviel) 
diese Vergleichsuhr während der Messung falsch geht. Wenn die derzeitige 
Uhr also in irgend einer Weise falsch geht, dann wird sich dieser Fehler 
zwangsläufig bei der neuen, verbesserten Uhr bemerkbar machen. Genauso 
wie der Fehler der vor der Cäsium-Atomuhr verwendeten Uhr in die 
Definition eben jeder eingeflossen ist.

Dank der sehr guten Stabilität der Atomuhren weiß man mittlerweile (aus 
Messungen) daß das vorherige Zeitnormal, das im wesentlichen auf der 
Bewegung der Erde um die Sonne basiert, ganz und gar nicht konstant ist, 
sondern mehr oder weniger regelmäßigen Schwankungen unterliegt. Einige 
von denen kann man quantifizieren, andere jedoch nicht. Die Angaben zur 
Stabilität der Atomuhr sind am Ende nur Abschätzungen. Erst wenn man 
bessere Uhren hat, wird man diese Abschätzungen durch Messungen 
untermauern können. Und so geht das immerfort weiter. Eine genaue Uhr 
ist ein hypothetisches Kontrukt. Genauso wie ein genauer Wert für die 
Dauer einer Sekunde.

Harald W. schrieb:
>> 0,5% Toleranz sind gut genug dafür,
>
> Bitte beachte, das es den TL431 in verschiedenen Genauigkeitsklassen
> gibt.

Das ist vollkommen belanglos. Auch der beste OXCO liefert 5ppb 
Genauigkeit nicht ohne Abgleich. Die ganze Chose muß wenigstens einmal 
kalibriert werden und da geht auch jede andere konstante Abweichung mit 
ein. Entscheidend ist dann nur die Stabilität über die Zeit und andere 
Umgebungsbedingungen.

von Harald W. (wilhelms)


Lesenswert?

Axel S. schrieb:

> Denn die Uhrzeit der PTB
> ist per Definition richtig. Sie geben die Zeit vor und können also
> niemals falsch liegen.

Wenn Du es schon so genau nehmen willst, ist das auch falsch.
Die sog. Weltzeit wird aus einem gewichteten Mittel von mehreren
Uhren, die auf der ganzen Welt verteilt wird, gebildet. Diese Zeit
wird dann über den Sender in Mainflingen abgestrahlt. Dort steht
für den Sender eine eigene Atomuhr, die aber von BS aus ferngesteu-
ert werden kann.

> Die Angabe von 1s in 1 Mio Jahren ist so auch Unsinn. Da müßte man
> zumindest mal dazu sagen, im Vergleich wozu diese Atomuhr denn besagte
> Sekunde Abweichung haben soll.

Man hat mehrere Uhren gebaut und deren Abweichungen gegeneinander
gemessen. Früher hat man sogar Uhren auf Reisen geschickt, um sie
mit Uhren aus anderen Ländern zu vergleichen. Heute macht man
solche Vergleiche per GPS. Ein Zeitvergleich ist dabei garnicht
so einfach, da z.B. die beste Atomuhr der USA in Boulder in ca.
1600m Höhe steht, und dort die Zeit (nicht die Uhr!) anders läuft
als in ca. 50m Höhe in Braunschweig.

> Wenn die PTB morgen eine Uhr konstruiert, die Zeit um Faktor 100
> besser auflöst,

Eine solche (optische) Uhr gibt es bereits.

> dann müßte man diese Uhr auch erst
> mal vermessen, um zu wissen, wieviele Zyklen dieser Uhr einer Sekunde
> entsprechen sollen. Und für diese Messung muß man eine andere, bereits
> kalibrierte Uhr verwenden.

Wie bereits gesagt, man baut mehrere solcher Uhren, um sie gegen-
einander vergleichen zu können. Die Anzahl der Zyklen, die einer
Sekunde entsprechen, wird aus physikalischen Gesetzen errechnet.
Der endgültige Wert wird auf internationalen Konferenzen festgelegt
und dann als gültige Zahl für alle definiert. Solche Neudefinitionen
können sich aber erfahrungsgemäß zehn Jahre oder länger hinziehen,
obwohl es diese genaueren, optischen Uhren schon einige Jahre gibt.
Bis dahin gelten die alten, auf Cäsium basierenden Definitionen.

> Dank der sehr guten Stabilität der Atomuhren weiß man mittlerweile (aus
> Messungen) daß das vorherige Zeitnormal, das im wesentlichen auf der
> Bewegung der Erde um die Sonne basiert, ganz und gar nicht konstant ist,
> sondern mehr oder weniger regelmäßigen Schwankungen unterliegt.

M.W. hat man das sogar schon zur Zeit der Pendeluhren festgestellt.

>> Bitte beachte, das es den TL431 in verschiedenen Genauigkeitsklassen
>> gibt.
>
> Das ist vollkommen belanglos.

Ich hab jetzt nicht nochmal im Datenblatt nachgesehen, aber m.W.
haben die besseren Versionen auch einen geringen TK.

von NixieJan (Gast)


Angehängte Dateien:

Lesenswert?

>Das ist vollkommen belanglos. Auch der beste OXCO liefert 5ppb
>Genauigkeit nicht ohne Abgleich. Die ganze Chose muß wenigstens einmal
>kalibriert werden und da geht auch jede andere konstante Abweichung mit
>ein. Entscheidend ist dann nur die Stabilität über die Zeit und andere
>Umgebungsbedingungen.

Konstante Abweichung, eben. Driftet die Spannung vom Regler Weg ist das 
halt nicht mehr konstant.

>Ich hab jetzt nicht nochmal im Datenblatt nachgesehen, aber m.W.
>haben die besseren Versionen auch einen geringen TK.

Im Datenblatt ist eine Schaltung für einen 5V 1,5A Regler mit dem LM317. 
(Ja nach Version vom TL431 mit 0,5% Toleranz) Das habe ich übernommen 
nur bei mir wird ein LT1084 verwendet. Warum? Der LT1084 ist ein LDO und 
braucht nur 1,5V Differenz zwischen Ein/Ausgang um sauber zu regeln. Mit 
5A überdimensioniert aber die Vergleichstypen hat Reichelt nicht in SMD. 
Ein Schaltregler auf LM2676 Basis macht eine Vorregelung von 12V (Vom 
Versorgungs Schaltnetzteil) auf 7V, der TL341 von 7V auf 5V.
Damit verbrate ich über dem Regler im normalen Betrieb ~500mW, nicht der 
rede Wert. Das tolle am LM2676 ist das er über den Arduino einschaltbar 
ist, dadurch kann man den Ofen abschalten und einen externen Takt in die 
Uhr über BNC geben. Vielleicht läuft mir ja mal eine Rubidium Referenz 
über den weg.

Zum Spielen habe ich mir einen 5 Jahre alten Isotemp OCXO 143 für ~15€ 
besorgt, mal sehen wie genau der noch läuft. Einen neuen Ofen kann ich 
immernoch kaufen.

Danke nochmal an alle Helfer!

Lg,
Jan

von NixieJan (Gast)


Lesenswert?

Edit: QG1 dient nur als Platzhalter, das ist natürlich nicht der nachher 
verwendete OCXO!

Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.