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Forum: HF, Funk und Felder Clapp-Oszillator Frequenz trimmen


Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo liebe Community,

ich darf zur Zeit in einem Praktikum meines Studiums verschiedene 
Oszillatoren entwerfen und aufbauen.
Meine bisherigen Oszillatoren schwingen auch super nur das Trimmen der 
Frequenz habe ich noch bei keinem richtig hinbekommen.

Vielleicht kann mir jemand sagen wo mein Denkfehler liegt.
Bei dem angehängten Clapp-Oszillator wollte ich z.B. einfach den C6 
gegen eine Varicap tauschen, über einen 100k Koppelwiderstand eine 
Spannungsquelle dran, dann den Rest des Schwingkreises an die neue 
Kapazität anpassen und fertig.
Nur schwingt das ganze dann nicht mehr an.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen.

Viele Grüße
Frederik

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Frederik R. schrieb:
> Bei dem angehängten Clapp-Oszillator wollte ich z.B. einfach den C6
> gegen eine Varicap tauschen, über einen 100k Koppelwiderstand eine
> Spannungsquelle dran, dann den Rest des Schwingkreises an die neue
> Kapazität anpassen und fertig.

Zeichne mal bitte ein, wie du den Varicap genau eingebaut hast. Denn 
normalerweise nimmt man mindestens zwei Varicaps, jeweils antiseriell 
geschaltet, damit es keinen DC-Path gibt.
Von deiner Beschreibung aus zu urteilen gab es dadurch nämlich bei dir 
einen DC-Path, den es vorher nicht gab, was den Arbeitspunkt verschoben 
und das Anschwingen verhindert hat.

: Bearbeitet durch User
Autor: Hp M. (nachtmix)
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Frederik R. schrieb:
> Nur schwingt das ganze dann nicht mehr an.

Kapazitätsdiode falschrum eingebaut?

Was hast du auch für eine seltsame Versorgungsspannung?

Stefan S. schrieb:
> Von deiner Beschreibung aus zu urteilen gab es dadurch nämlich bei dir
> einen DC-Path, den es vorher nicht gab,

Nein, gemäß der Schaltung gibt es eben keinen Gleichstrompfad für die 
Varicap, so dass die Varicap mit undefinierter Kapazität arbeitet.

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Hp M. schrieb:
> Nein, gemäß der Schaltung gibt es eben keinen Gleichstrompfad für die
> Varicap, so dass die Varicap mit undefinierter Kapazität arbeitet.

Naja wenn er den Varicap mittels Pullup eingebaut hat eben schon - daher 
frage ich. Mit Pullup GÄBE es einen Pfad, den es - wie du selbst bemerkt 
hast - vorher nicht gab.

Edit: Okay, das klingt wirklich eher weniger nach Pullup sondern mehr 
nach externer Spannungsquelle. Aber es ist trotzdem wichtig, wie du die 
Spannungsquelle angeschlossen hast.

Schaltplan schlägt Prosa. Immer.

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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Beachte auch, daß die Steuergleichspannung immer größer
als die Schwingkreisspannung ist, damit die Varicap
immer im gesperrten Bereich bleibt. Die Schwingkreisspannung
wird hier garantiert ein Mehrfaches der Betriebsspannung sein.
C6 würde ich auch nicht ganz entfernen, sondern nur verkleinern,
vielleicht so auf 100pF.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Oder nimm einen Trimmkondensator, dann hast du diese
Probleme nicht.

Autor: (º°)·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.·´¯`·.¸¸.· (Gast)
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Ein echter Fuesiker wuerde einen Ferrit/Eisenkern auf eine
durchgesaegte Mikrometerschraube kleben und mit der
Aenderung der Induktivitaet den Oszillator auf die Nennfrequenz
trimmen.

Autor: Kolja (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Oder nimm einen Trimmkondensator, dann hast du diese
> Probleme nicht.

Genau. Einen spannungsgesteuerten Trimmkondensator. Köstlich :-)

Autor: Stefan S. (chiefeinherjar)
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Kolja schrieb:
> Günter Lenz schrieb:
>> Oder nimm einen Trimmkondensator, dann hast du diese
>> Probleme nicht.
>
> Genau. Einen spannungsgesteuerten Trimmkondensator. Köstlich :-)

Nun, wenn ein einmaliges Einstellen ausreichend ist - warum nicht?

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Man könnte auch die Varicap noch mit einem kleinen Kondensator
in Reihe schalten, dann sieht sie weniger von der
Schwingkreisspannung, aber der Abstimmbereich wird dann
natürlich auch geringer.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Kann man die Schwingkreisspannung reduzieren? ich hatte erst genau das 
Problem - Schwingkreisspannung zu hoch, damit wurden die Varaktoren bei 
Vtune=0 V leitend und der Oszillator instabil. Somit konnte ich nicht 
bis 0 V herunter mit der Steuerspannung. Ich habe mir dann so 
abgeholfen, dass ich den Oszillator mittest festem Kondensator verstimmt 
habe, dass man nicht mehr bis 0 V runter können muss mit der 
Abstimmspannung, aber schön ist das nicht :-(

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Tobias Plüss schrieb:
>Somit konnte ich nicht
>bis 0 V herunter mit der Steuerspannung.

Bis 0V runter geht eigentlich nie, die Steuerspannung muß
immer über die Schwingkreisspannung sein. Oder nur mit
einem Trick, in dem man zwei Varicap antiseriell in Reihe
schaltet, dann ist sichergestellt das eine immer in
Sperrrichtung ist.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Yo, das habe ich natürlich gemacht:

Günter Lenz schrieb:
> einem Trick, in dem man zwei Varicap antiseriell in Reihe
> schaltet, dann ist sichergestellt das eine immer in
> Sperrrichtung ist.

Trotzdem kann der obere Varaktor leiten, wenn man am Mittelabgriff 0V 
anschliesst.

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo Leute,

danke schon mal für das rege Interesse.
Ein Bild der Schaltung wie ich sie mir gedacht habe und wie es nicht 
funktioniert habe ich angehängt.

Zum Thema Trimmkondensator oder Veränderbarer Spule muss ich dazu sagen,
dass die Lösung mit Varicap in meinem Fall vom Prof vorgegeben ist.

Wie sähe denn eine Lösung mit zwei Varicaps aus?

Gruß
Frederik

Autor: DH1AKF K. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite
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Hallo Frederik,
ich würde den Minuspol der Spannungsquelle V2 nicht direkt, sondern über 
einen 100 kOhm - Widerstand an die Diode anschließen. dieser Punkt ist 
nämlich "heiß", d.h. er hat ein HF- Potential.

Damit das Ganze auch schwingt, würde ich die beiden 1 nF - Kondensatoren 
verkleinern, z.B. auf 100 pF.

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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Tobias Plüss schrieb:
>Trotzdem kann der obere Varaktor leiten, wenn man am Mittelabgriff 0V
>anschliesst.

Ja stimmt, da hatte ich einen Denkfehler. Der einzige Vorteil dabei
ist, daß weniger Verzerrungen entstehen, zum Beispiel wenn man
eine FM-Modulation machen möchte.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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DH1AKF K. schrieb:
>würde ich die beiden 1 nF - Kondensatoren
>verkleinern,

Würde ich nicht machen, die sollen ja an die niedrige Impedanz
des Transistors transformieren. L1 und C6 bestimmen hauptsächlich
den Gesamtschwingkreis.

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo zusammen;

Frage an die Gemeinde:
Muss man das so machen und sich dabei die Finger brechen?

Es gibt Kollektor- Emitter- und Basisschaltung bei Transistoren und
dem entsprechend bei Oszillatoren.
Warum musste sich Frederik die ungünstigste aller
Konfiguration aussuchen? War, ist das vorgegeben?
Dieser ungewöhnliche Transistor? Das wird aber SPICE wohl egal sein.
Ich habe mal meine Ideen angehangen so wie Funkamateure es zu machen
pflegen. In tausenden von Beispielen zu finden.
Wenn Frederik es auch mit einem FET machen kann, - ..soll, .. darf - 
wird es noch etwas einfacher.
Ich sehe keinen Sinn darin, an dieser 'krüppeligen' Schaltung weiter
rum zu machen. Hier ein Haken, da eine Öse..??
Über meine Schaltungen möge man diskutieren; alle Werte - besonders
Widerstandswerte - sind aus dem Bauch. Mein Anliegen war erst nur mal,
Vorlagen zu geben, an denen man sich weiter orientieren kann.

@ Frederik:
Versuche mal meine Vorlagen und lasse SPICE rechnen.
'Tunen' kann man an vielen Stellen.
Vielleicht bist du dann schlauer.

Zur Erläuterung:
Bei 1 Kapazitätsdiode:
Ersetze bei Bild 1 und 2 C5 (C11) durch Bild 3
Bei 2 Kapazitätsdioden:
Ersetze bei Bild 2 C11 durch Bild 4.
Bei Bild 1 ersetze C5 durch Bild 4
Zusätzlich ist ein 100kOhm nach Masse notwendig, um den Gleichstromkreis
für die Dioden zu schliessen.
Bitte keinen Mecker, es geht um das Grundprinzip! Verbesserungen
gibt es mit Sicherheit ohne Ende..


73
Wilhelm

PS:
Wie war das zu Röhrenzeiten:
'Ein Clapp klappt immer'..??
Sorry, mir ist es nicht gelungen, meinen Anhang zu drehen.

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo Leute,

zu der Frage von Wilhelm nach den Vorgaben:
Die genaue Aufgabe ist es je einen LC- und einen Quarz-Oszillator zu 
bauen, diese sollen einen sauberen Sinus ausgeben und mit ca. 10MHz 
schwingen. Der so zu sagen Zusatzteil der Aufgabe ist es die 
Schwingkreise per Varaktordiode auf exakt 10MHz zu ziehen.

Beim Zusatzteil der Aufgabe hakt es eben.(Würden die Prüfung zwar auch 
ohne bestehen, aber man will ja auch was lernen)

Ich habe die Schaltung von Wilhelm mal in Ltspice simuliert, aber einen 
sauberen Sinus habe ich so nicht hinbekommen.
Dagegen hat die erste Schaltung die ich gepostet habe einwandfrei 
funktoniert(siehe zweites Bild) sowohl in der Simulation als auch real 
ca. -50dB auf der ersten Harmonischen.
Daher hatte ich gehofft diese Schaltung modifizieren zu können.

Gruß
Frederik

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo Leute,

nachdem ich mir das mit den antiseriellen varicaps noch mal angeschaut 
habe bin ich zu einer Lösung gekommen und möchte sie euch nicht 
vorenthalten.

R8 würde ich in diesem Fall als Poti ausführen. Damit lässt sich, 
zumindest in der Simulation, die Frequenz von ca. 9.99MHz bei R8=0 Ohm 
bis ca 10.2MHz bei R8=50 kOhm ziehen. Immerhin ein Bereich von 210 kHz.

Was mich allerdings noch interessieren würde ist, wie sich die 
Gesamtkapazität der antiseriellen varicaps berechnen lässt.

Gruß
Frederik

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo Frederik,

Bei deinem Beispel fehlt aber das Abstimmen.

Das Einfachste zuerst:
Die Dioden liegen HF-mässig in Serie, die Kapazizät
halbiert sich also.

Ich gehe mal davon aus, dass du meine Schaltung 1
aufgebaut hast. Bin erstaunt, dass das so überhaupt
geschwungen hat.. ,-)
Ich schrieb doch schon, dass alle Werte aus dem Bauch sind.
Der Oszillator eckt oben an. Wohl zuviel Verstärkung.
Du kannst doch mit SPICE rechnen.
Abhilfe, Möglichkeiten:
R1 größer machen -> vermindert den Strom
R3 größer machen -> vermindert den Strom
C3 größer machen -> vermindert die Rückkopplung

Das wären schon mal 3 Stellen, an denen du 'tunen' könntest.
Wäre doch gelacht, wenn man so ein dummes Ding nicht zum
Arbeiten bringen würde.
Ich hoffe, du hast mitbekommen, dass meine Konfiguration(en)
viel einfacher zu realisieren sind.

73
Wilhelm

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Frederik R. schrieb:
> Was mich allerdings noch interessieren würde ist, wie sich die
> Gesamtkapazität der antiseriellen varicaps berechnen lässt.

Überhaupt nicht.
Die Dioden hängen immer noch in der Luft und laufen mit 
Selbstgleichrichtung.
Damit hängt die von ihnen aufgebaute Spannung und Kapazität von der 
Amplitude der HF ab, und somit von der Güte des Schwingkreises, der 
Betriebsspannung und dem Geburtstag der Putzfrau.
Verändere mal die Speisespannung und schau was passiert!

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hp M. schrieb:
> Verändere mal die Speisespannung und schau was passiert!

Habe ich gemacht und verstehe das Problem. Danke für den Hinweis.
Neben den üblichen sarkastischen Bemerkungen wäre allerdings auch ein 
Lösungsvorschlag hilfreich.

Gruß
Frederik

Autor: DH1AKF K. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite
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Hallo Frederik,
parallel zu C6 fehlt ein Widerstand, z.B. 1 MOhm. Sonst bekommt D1 keine 
Gleichspannung. Den Verbindungspunkt von R7 und R8 muss man aus dem 
gleichen Grund mit Masse (-) verbinden.

: Bearbeitet durch User
Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Ok, dann frage ich mal anders.
Wie würde sich denn die Kapazität der Dioden im Beispiel von Wilhelm 
berechnen?

Z.b. für BB640 bei 2V 54,5pF. Kann ich die Dioden dann bei 2V angelegter 
Spannung als eine Reihenschaltung aus zwei Kapazitäten mit 54,5pf sehen?

Muss dass für eine spätere Ausarbeitung auch berechnen können.

Gruß
Frederik

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Frederik Roth schrieb:
>Ich habe die Schaltung von Wilhelm mal in Ltspice simuliert, aber einen
>sauberen Sinus habe ich so nicht hinbekommen.

Dann ist der Schwingkreis zu fest an den Transistor gekoppelt,
die Rückkopplung ist zu stark. Bei der Schaltung mit FET,
C6 und C7 vergrößern, so lange bis eine Sinuskurve entsteht,
wenn sie zu groß sind setzen irgendwann die Schwingungen aus.
Bei der Schaltung mit NPN-Transistor habe ich gute Erfahrungen
gemacht, wenn C2 = 5 * C3 ist. Da das gleiche Prinzip,
wenn die Kurve zu verzerrt ist, beide C2 und C3 vergrößern.
Wenn du an deine Schaltung die Varicap anschließen willst,
zwischen L1 und C6 und dann direkt nach Masse. Und lasse
C6 drann, verkleiner ihn nur.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Und noch ein Tipp zum Auskoppeln. Es folgt ja meistens
eine Pufferstufe. Wenn man nicht am Kollektor oder am Emitter
auskoppelt, sondern induktiv mit einer Koppelwicklung an
der Spule auskoppelt, hat man die beste Sinuskurve.
Eine einzige Windung reicht meistens aus.

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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hallo zusammen.

> zusätzlich ist ein 100kOhm nach Masse notwendig, um den
> Gleichstromkreis für die Dioden zu schliessen.

@ DH1AKF und Hp.M

Das hatte ich doch schon oben geschrieben!

Jungs, ich wollte hier keine komplette Lösung abgeben, sondern
Frederik in die richtige Richtung bringen!
Euch 'ja aber' Bären liebe ich heiss und innig.
Da wird um Punkt, Komma, mOhm und Femtofarad gekämpft!

Weiter oben schrieb ich..
> Über meine Schaltungen möge man diskutieren
Tut das; aber ich möchte NICHT!!! über irgendeinen Scheiss
diskutieren, der den TO nicht weiterbringt!

Ob ein C fehlt, man den Widerstand R? verändern könnte, einen anderen
Transistor nimmt, das alles bringt den TO nicht weiter.


@ Frederik

> Z.b. für BB640 bei 2V 54,5pF. Kann ich die Dioden dann
> bei 2V angelegter > Spannung als eine Reihenschaltung
> aus zwei Kapazitäten mit 54,5pf sehen?
Genau so ist das!

> Muss ich das für eine spätere Ausarbeitung auch berechnen können.

Ob du das musst, weiss ich nicht, berechnen ist wohl schwierig.
Zur Not gibt es immer noch die V/C - Kurve aus dem Datenblatt.

73
Wilhelm

PS:
Eben oben in einem deiner Posts gelesen.
Abstimmbare Quarzoszillatoren möchtest du auch noch haben..??
Das ist aber eine ganz andere Abteilung; ich denke, das machen wir
nin einem neuen Thread aus.

Autor: Hp M. (nachtmix)
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Wilhelm S. schrieb:
> Jungs, ich wollte hier keine komplette Lösung abgeben, sondern
> Frederik in die richtige Richtung bringen!
> Euch 'ja aber' Bären liebe ich heiss und innig.
> Da wird um Punkt, Komma, mOhm und Femtofarad gekämpft!
>
> Weiter oben schrieb ich..
>> Über meine Schaltungen möge man diskutieren
> Tut das; aber ich möchte NICHT!!! über irgendeinen Scheiss
> diskutieren, der den TO nicht weiterbringt!

Du meinst also, dass es völlig Wurst ist, ob ein seit Tagen bekannter 
Fehler im Schaltbild korrigiert wird?
Für mich deutet das auf ein fehlendes Versändnis der Schaltung hin, was 
ja auch durch die Frage nach der Ermittlung der Diodenkapazität 
bestätigt wird.

Ich denke, dass gerade solche Pfuscherei den TO nicht weiter bringt.

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo zusammen,
ich habe lange überlegt, nein ich antworte nicht!
Keine unnütze Diskussionen!
Lasst den TO selber seine Lösung finden.
Ich denke, Anregungen hat er genug; den Rest muss dann
eben Tante Google erledigen.

73
Wilhelm

: Bearbeitet durch User
Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo miteinander,

Wilhelm S. schrieb:

> Zur Not gibt es immer noch die V/C - Kurve aus dem Datenblatt.

Die V/C - Kurve aus dem Datenblatt reicht mir völlig, es ging mir nur 
darum ob ich die Kapazitäten der Varicaps in dieser Anordnung als 
Reihenschaltung berechnen kann. Dachte ich mir zwar schon, aber bevor 
ich ewig rumrechne und nix passt frag ich lieber nochmal.


> Abstimmbare Quarzoszillatoren möchtest du auch noch haben..??
> Das ist aber eine ganz andere Abteilung; ich denke, das machen wir
> nin einem neuen Thread aus.

Können wir gerne so machen.

Gruß
Frederik

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Frederik Roth schrieb:
>ob ich die Kapazitäten der Varicaps in dieser Anordnung als
>Reihenschaltung berechnen kann.

Ja, daß ist so, die Gesamtkapazität wird bei Reihenschaltung
kleiner, wie bei normale Kondensatoren auch.

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo Leute,

ich habe mit dem Vorschlag von Wilhelm mal weitergearbeitet, habe den 
Oszillator ganz gut zum laufen gebracht.
Frequenz lässt sich auch schön ziehen...

...aber ich bekomme damit ums Verrecken kein sauberes Sinussignal.
Hat hier jemand Tipps für mich wie ich das besser hinbekomme?
Ein Filter wäre vielleicht eine Lösung, bin aber auch für andere 
Vorschläge offen.

Edit: Um unnötige Fragen und Antworten nach dem Transistor Arbeitspunkt 
zu vermeiden, hier mal wie ich ihn eingestellt habe.

Basis Emitter: ca. 0.65V
Kollektorspannung: ca. 6V

Gruß
Frederik

: Bearbeitet durch User
Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo Frederik,

sehe ich das richtig, dass du am Kollelktor auskoppelst?
Ist R6 deine Last, dein Messpunkt?
Wenn das so sein sollte, ist es falsch.
Der Transistor läuft in Kollektorschaltung, d.h. der
Kollektor liegt HF-mässig auf Masse. Das entspr. C ist
in meiner Schaltung eingezeichnet. Auskoppeln (messen) musst du am
Emitter, auch aus meinem Schaltbild ersichtlich!
Versuche das mal, und wenn dann die Kurvenform immer noch nicht
passt, mach mal C2 größer.

73
Wilhelm

Autor: DH1AKF K. (wolfgang_kiefer) Benutzerseite
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Vergrößere mal schrittweise C1, dadurch wird der Rückkopplungsgrad 
verringert, gleichzeitig der Einfluss der Basis- Emitter- Kapazität des 
Transistors verkleinert (--> bessere Frequenzstabilität).
Was Wilhelm hier vorschlägt, ist nicht zielführend!

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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R1 weglassen, da kommt nie ein sauberes Signal raus, die
Erfahrung habe ich auch schon gemacht. Koppel am Emitter aus,
oder mit einer einzigen Windung auf der Spule.
R4 verkleinern, so etwa 60 kOhm, sonst stimmt der Arbetspunkt
nicht.

DH1AKF K. schrieb:
>Vergrößere mal schrittweise C1, dadurch wird der Rückkopplungsgrad
>verringert, gleichzeitig der Einfluss der Basis- Emitter- Kapazität des
>Transistors verkleinert (--> bessere Frequenzstabilität).

So ist es, daß hatte ich weiter oben auch schon geschrieben,
Ich hatte C1 = 5 * C2 vorgeschlagen.

Autor: ArnoR (Gast)
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DH1AKF K. schrieb:
> Was Wilhelm hier vorschlägt, ist nicht zielführend!

Doch, er hat recht.

Beitrag "Re: Auskopplung aus Oszillator."

DH1AKF K. schrieb:
> Vergrößere mal schrittweise C1, dadurch wird der Rückkopplungsgrad
> verringert

Naja, die Schaltung hat keine Amplitudenstabilisierung. Man kann 
natürlich am Arbeitspunkt oder am Rückkoppelgrad rumfummeln, bis mal was 
halbwegs Brauchbares rauskommt, aber eine saubere Schwingung kann sich 
nicht stabil einstellen, weil u.a. die Verstärkung temperaturabhängig 
und versorgungsabhängig ist. Man kann aber einfach eine sanfte 
Amplitudenbegrenzung einbauen und bekommt ein sauberes, stabiles Signal:

Beitrag "Re: Quarzoszillator: Amplitude festlegen"

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Und wenn du parallel zu der Reihenschaltung D1 D2 noch
einen Kondensator schaltest, verbessert sich die Stabilität
noch weiter, aber der Abstimmbereich verringert sich dann
und die Frequenz wird kleiner. Du müßtest dann die
Induktivität der Spule etwas verringern.

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo zusammen.

Danke Arno!
Ich habe schon gedacht, ich sei ein bisschen irre.
Füt mich war schon immer klar, dass ein kleiners Xc (C2 grösser)
von C2 die Rückkopplung verringert.
Man kann es soweit treiben, bis die Schwingung abbricht.
Ich habe mal ein bisschen rumgelesen. Bei Wes Hayward [1]
wird ein entspr. Colpitts-Oszi von vorne bis hinten berechnet.
Da gibt es u.a. ein Beispiel für einen Colpitts für 10MHz mit
C1 = 100pF und C2 = 1000pF. Das Beispiel ist natürlich nicht
so 1:1 auf den Clapp zu übertragen.
Die von Arno vorgeschlagene Amplitudenstabilisierung wird wohl
nicht nötig sein, durch einen vernünftigen Arbeitspunkt für
den Transistor werden sich durch Spannungs- und Strombegrenzung
wird sich das von selbst einstellen.
Ausserdem braucht Frederik ja nur etwas bei ca. 10MHz.

@ Günther:
> So ist es, daß hatte ich weiter oben auch schon geschrieben,
> Ich hatte C1 = 5 * C2 vorgeschlagen

Das habe ich noch nie gesehen, höchstens andersrum.
Ein Rechteckgenerator geht einfacher... ,-)

> Und wenn du parallel zu der  Reihenschaltung D1 D2 noch
> einen Kondensator schaltest...

Frederik ist ja noch nicht fertig. Wir wissen nichts zum
gewünschten Einsatzbereich noch welche Dioden er vervenden
will oder hat.
Das gibt es noch einiges zu optimieren.

73
Willi


PS: Ich frage mich, wie Frederik ausgerechnet auf den Clapp
gekommen ist?

[1]
Wes Hayward : Introduction to Radio Frequency Design
Prentice Hall, New Jersey, 1981

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Wilhelm S. schrieb:
> Die von Arno vorgeschlagene Amplitudenstabilisierung wird wohl
> nicht nötig sein, durch einen vernünftigen Arbeitspunkt für den
> Transistor werden sich durch Spannungs- und Strombegrenzung
> wird sich das von selbst einstellen.

Das kommt drauf an; ich habe festgestellt dass sich bei meinem VCO mit 
Abstimmbereich 180..220 MHz die Amplitudenregelung mittels zweier 
Schottkydioden bewährt hat.

a) die insgesamt kleinere Schwingkreisspannung kann die Varaktoren nicht 
in den leitenden Bereich treiben
b) da die Rückkopplung frequenzabhängig ist, ergibt sich eine über die 
Frequenz sehr stark schwankende Amplitude. Mit den Begrenzerdioden wird 
der Verlauf viel flacher. Ich konnte so einen VCO züchten, dessen 
Amplitude über den ganzen Bereich weniger als 1 dB Welligkeit hat - das 
geht nicht ohne Begrenzerdioden!

P.S. ja habe mich in der letzten Zeit sehr eingehend mit Oszillatoren, 
insbesondere VCOs in Colpitts-Schaltung, befasst. Aber noch immer habe 
ich keine Formel für C1 und C2 gefunden. Ich simuliere in SPICE jeweils 
den open loop gain (d.h. Oszillator bei der Rückkopplung vom Emitter 
auftrennen und dort eine Spannungsquelle anschliessen) und finde C1 und 
C2 jeweils so, indem ich die beiden Bedingungen

- open loop gain 1..3 dB
- C1*C2/(C1 + C2) entspricht der nötigen Schwingkreiskapazität

erfülle. 2 Bedingungen, 2 Freiheitsgrade, das passt ;-) Allerdings 
verändert sich der Loop gain leider, wenn man die Rückkopplung wieder 
schliesst, weil der Emitterfolger (bzw. Sourcefolger im Fall eines JFET) 
belastet wird. Dann empfiehlt sich allenfalls noch ein Goral-Oszillator. 
Dieser hat den Vorteil, dass sein Ausgang eher wie eine Spannungsquelle 
aussieht, und man kann mittels eines Widerstands den Loop gain präzise 
einstellen. Die Auskopplung kann über einen Spannungsteiler geschehen, 
und damit kann man dann auch gleich einen 50 Ohm Ausgang realisieren :-)

: Bearbeitet durch User
Autor: Günter Lenz (Gast)
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Noch ein Tipp. Die HF-Spannung sollte, bei 12V Betriebsspannung,
am Emitter nicht größer als 2V sein, wenn doch, dann C1 und C2
größer machen. An den Varicap stellt sich dann, je nach Güte
der Spule, eine HF-Spannung bis zu 20V ein. Die Abstimmgleichspannung
muß dann also größer als 20V sein.

Tobias Plüss schrieb:
>Mit den Begrenzerdioden wird
>der Verlauf viel flacher.

Das bedeutet aber Dämpfung, die Schwingkreisgüte wird schlechter
und damit wird auch die Frequenzstabilität schlechter.

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Günter Lenz schrieb:
>>Mit den Begrenzerdioden wird
>>der Verlauf viel flacher.
>
> Das bedeutet aber Dämpfung, die Schwingkreisgüte wird schlechter
> und damit wird auch die Frequenzstabilität schlechter.

Zweifelsohne. Man muss malt eine gute Spule benutzen, dann kann man das 
Q in einigermassen brauchbare Regionen bringen. Egal wie man es macht, 
das Phasenrauschen wird durch Begrenzungseffekte immer verschlechtert. 
Allerdings hat die im Anhang gezeigte Schaltung die Eigenschaft, dass 
die Dioden nicht die Schwingkreisspannung begrenzen, sondern durch 
Gleichrichtung den Kondensator Ck aufladen. Je höher er geladen wird, 
umso geringer wird die Verstärkung des JFET. Dadurch erhält man eine 
einfache Verstärkungsregelung.

N.B. 1: den Kondensator C kann man ganz weglassen, die 
Schwingkreiskapazität besteht dann nur noch aus C1 und C2 und den 
Varaktoren.

N.B. 2: man kann die Reihenfolge von Ck und dem kapazitiven Teiler C1/C2 
tauschen, dann besteht die Schwingkreiskapazität nur noch aus den 
Varaktoren (wenn man annimmt, dass Ck klein ist). Man erzielt dabei eine 
immer bessere Entkopplung von den Transistorparametern, und je nach 
Bedarf erzielt man verschieden grosse Abstimmbereiche.

Im Anhang noch ein Bild, wo ich das Ausgangssignal meines VCOs mit der 
Maxhold-Funktion des Speckies gemessen habe. Man erkennt, wie es schön 
flach ist. Leider hat der Oszillator genau das von mir weiter oben 
beschriebene Problem, dass die Schwingkreisspannung trotz Regelung 
etwas zu hoch ist, und bei Vtune = 0V wird dadurch das Phasenrauschen 
schlecht, weil der obere Varaktor ein wenig zu leiten beginnt. Wenn man 
aber mit Vtune nicht bis 0V herunter geht, sondern bis ca. 0.2..0.3V, 
dann verschwindet das Problem, weil dann alle Varaktoren immer im 
Sperrbereich sind. Das Phasenrauschen ist dann auch sehr gut. Das Q des 
Schwingkreises wird im Wesentlichen von den Varaktoren bestimmt, da dies 
die schlechtesten Elemente sind (selbst wenn man gute raus sucht :-)), 
denn

Ich habe mich dann damit abgefunden, dass der VCO einfach nicht bis 0V 
herunter kann (wie gesagt, er schwingt auch bei Vtune=0 sicher, aber mit 
schlechten Phasenrauschen), aber schöner wäre natürlich wenn das ginge. 
Daher meine Frage ob man die Schwingkreisspannung noch mit einem 
weiteren Trick reduzieren könnte.


Werde morgen mal noch das Phasenrauschen messen, mir fällt gerade auf 
dass ich das nie richtig dokumentiert habe. Bei Interesse lade ich die 
Messdaten dann auch hier hoch.

: Bearbeitet durch User
Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo zusammen,
ich liebe diese Art der Diskussion; zum Glück gibts in diesem
HF-Forum selten Mecker und persönliche Angriffe.

@ Frederik
Es fehlt das (Ent)koppel-C zwischen Hochpunkt Spule und
Basis-Spannungsteiler. Es darf nicht sein, dass der Hochpunkt der
Var-Caps von der Basisspannung abhängig ist. Dann natürlich
100k bis 1M über die Kapazitätsdioden oder über den gesamten
Schwingkreis. Fragt mich nicht, was besser ist.
Wie Helmut schon  schrieb, ist R1 eigentlich
überflüssig -> 'Angst'-R, 100 Ohm sind mehr als ausreichend.
'Angst' bedeutet Strombegrenzung. 3k9 ist entschieden zuviel!
Das C nach Masse ist das Maß der Dinge! Kollektorschaltung!->Masse
Ich frage mich, wie du an die 3k9 kommst. Ich denke, du warst
immer noch bei der Auskopplung am Kollektor.
Du solltest den Arbeitspunkt überarbeiten:
R1 = 93k, nimmt 100k, dann spiele mit R4, sieh zu, ob mehr
Strom deinen erwünschten Sinus besser oder schlechter werden lässt.
Den Strom musst du ja nicht direkt messen.
Aber: Spannung Ub an der Basis durch Spannungsteiler
vorgegeben. Ue = Ub-0,7. Ue/Re -> Ic.
Das Auskoppel-C am Emitter kann auch viel kleiner als 1nF sein.
Das hängt vom Eingangswiderstand der nächsten Stufe ab.

So wie es mir darstellt, ist das Schlimme, dass du nur rechnest,
nie eine Live-Schaltung vor Augen gehabt hast.
Hast du dir schon mal an einem Lötkolben die Finger verbrannt?
Ich hoffe, ich tue dir nicht unrecht.

Grosse Überschrift: Über Temperatureffekte sprechen wir hier
überhaupt nicht!

@ Tobias
Schön, dass wir uns wieder über den Weg laufen.
Ich werde dir eine PN schicken. Ich möchte nicht diesen Thread
mit anderen Dingen belasten.

73
Wilhelm

Autor: Tobias P. (hubertus)
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Frederik R. schrieb:
> Ein Filter wäre vielleicht eine Lösung, bin aber auch für andere
> Vorschläge offen.

Übrigens ist das eine gute Idee. Wenn es auf eine gute spektrale 
Reinheit ankommt, würde ich das auf jeden Fall machen. Bei meinem 
Oszillatorprojekt habe ich ein 3 poliges Chebyshev Tiefpassfilter 
benutzt. Mit der C-L-C Topologie sparst du eine Spule, und die 
Bauteilwerte liegen glücklicherweise so nahe beieinander, dass du 3 
gleiche Spulen benutzen kannst ;-) Filter bringt aber nur dann etwas, 
wenn deine maximale Frequenz weniger als das doppelte der minimalen 
Frequenz ist, da sonst die Harmonischen im Passband liegen.


@ Wilhelm
immer wieder gerne, solche Diskussionen sind spannend :-)

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Hallo Leute,

damit das Thema hier einen Abschluss bekommt melde ich mich nochmal.
Das Thema VCO ist in unserem Praktikum aus Zeitmangel leider vom Tisch.
Ergo werde ich den VCO leider nicht aufbauen können.
Trotzdem möchte ich mich bei allen die mitdiskutiert haben bedanken, ich 
habe viel gelernt.

Wilhelm S. schrieb:
> So wie es mir darstellt, ist das Schlimme, dass du nur rechnest,
> nie eine Live-Schaltung vor Augen gehabt hast.
> Hast du dir schon mal an einem Lötkolben die Finger verbrannt?
> Ich hoffe, ich tue dir nicht unrecht.

Live-Schaltungen habe ich schon genug vor Augen gehabt habe als 
Vorbereitung für den VCO auch 6 verschiedene "normale" Oszillatoren 
zusammengelötet, die zum Teil sehr gut funktionieren.
Dabei habe ich mir allerdings nicht die Finger verbrannt ;P.
Das habe ich allerdings in meiner Berufsausbildung zu genüge.
Das mit dem vielen rechnen kommt leider daher das der Prof. das in der 
Ausarbeitung sehen will, ohne viel rechnen wäre mir auch lieber.
Sorry aber das musste ich noch richtig stellen damit hier niemand einen 
falschen Eindruck von mir hat.
Böse wegen der Unterstellung bin ich dir aber nicht, ist ja zunächst 
eine berechtigte Annahme :D.

Gruß
Frederik

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo Frederik.

> damit das Thema hier einen Abschluss bekommt melde ich mich nochmal.

Das finde ich sehr ordentlich von dir; die meistens Threads
gehen ja hier leider entweder im Rauschen unter, weil der
TO sein Ziel erreicht hat und sich nicht wieder meldet, oder
es geht wegen 'Getrolle'  den Bach runter.

Schade, hier sind in dem Thread ausser mir noch ein paar andere,
die die Sache gerne mit dir zu Ende diskutiert hätten und dir
zu einem 'lauffähigen' Clapp verholfen hätten.
'What shalls' würde der Griechen sagen. -;)

> So wie es sich mir darstellt, ist das Schlimme, dass du nur
> rechnest, > nie eine Live-Schaltung vor Augen gehabt hast.

Entschuldige, wenn ich dir zu nahe getreten bin; prima, dass du
dir schon mal an einem Lötkolben die Finger und Nasenspitze
verbrannt hast.

Ich wünsche dir weiter viel Erfolg mit deinem Studium.

73
Wilhelm

PS:
Wie war das mit dem Quarzoszillator? ;-)
Als Tipp: verabscheue nicht im I-Net Funkamateur-Seiten.
Funkamateure gibt seit ca. 100 Jahren und oft haben sie
ausgefallene Lösungen.

Autor: Frederik R. (captaincaos)
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Wilhelm S. schrieb:
> Als Tipp: verabscheue nicht im I-Net Funkamateur-Seiten.
> Funkamateure gibt seit ca. 100 Jahren und oft haben sie
> ausgefallene Lösungen.

Das Problem bei diesen Lösungen ist, dass sie meistens (aber nicht 
immer) auf 'try and error' also mehr oder weniger auf Erfahrungswerten 
beruhen.
Das würde mir bei meinem aktuellen Problem nix nützen, weil immer noch 
der Prof hintendran steht und eine einigermaßen wissenschaftliche 
Ausarbeitung möchte.

Für Projekte die nichts mit dem Studium zu tun haben greife ich 
allerdings gerne auf solche Seiten und deren Lösungen zurück.

Gruß
Frederik

Autor: Wilhelm S. (wilhelmdk4tj)
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Hallo Fredrik,

> Das Problem bei diesen Lösungen ist, dass sie meistens (aber nicht
> immer) auf 'try and error' also mehr oder weniger auf Erfahrungswerten
> beruhen.
> Das würde mir bei meinem aktuellen Problem nix nützen, weil immer noch
> der Prof hintendran steht und eine einigermaßen wissenschaftliche
> Ausarbeitung möchte.

Die meisten Erfindungen bestehen aus 'Trial and Error'. So hat Herr Ohm
sein Gesetz gefunden - nicht erfunden -, Prof. Ferdinand Braun
seinen Detektoreffekt, die Herren Meissner, Hartley, Colpitts, Clapp
und viele andere mehr ihre Oszillatorschaltungen. Dann sind viele
hingegangen und haben ohne Nachrechnen und -denken versucht,
sie zu ver(schlimm)bessern. Das waren auch oft Funkamateure.
Stelle dir nur die Situation in den 30er Jahren des vorigen ,
Jahrhunderts vor.
Das Audion hat es auch nur durch die Erfindung der Rückkopplung
geschafft.

Zu den damaligen Zeiten war das ungewöhnlich, und ich denke, dass ein
Verständnis kaum vorhanden war.
Überlege mal: Solche Dinge wie das Smith-Diagramm, das Magnetron,
Mikrowellen-Dioden, die geschlitzte Messleitung (Slotted Line),
Hohlleiter u.v.a. mehr.... 'Trial and Error'. Alles Erfindungen
im Gefolge des 2. Weltkriegs.
Irgendwer hat sich gedacht, das muss auch anders, besser gehen.

Das Nachrechnen - zumindest - ohne Taschenrechner kann man
sich heute kaum vorstellen, damals nur mit Papier und Bleistift...,
das war doch sehr mühsam.

Dass es auch mit Rechnen geht:

> Wes Hayward : Introduction to Radio Frequency Design
> Prentice Hall, New Jersey, 1981
S. 262-279

Er beschreibt dir einen Colpitts mit allen Rechnereien von vorn
bis hinten und mit allem Schnick und Schnack; der Clapp mit all seinen
Berechnungen wird auch erklärt.
Ich denke, das wird auch deinen Prof. überzeugen.
Wenn du möchtest, schicke ich dir gerne Kopien zu, ... sind aber einige
Seiten.
Du bist ja angemeldeter User, wäre also kein Problem, musst nur Ja 
sagen.

73
Wilhelm

PS:
Das o.a. aufgeführte Buch kann man leider nicht mehr kaufen.

Als Anmerkung zu den Oszillatoren:
Ich werfe nochmal ein paar Schlagworte in den Ring:
Pierce, Franklin, Buttler, Seiler, Vackar...,
du sieht, die Welt ist immer noch nicht zu Ende.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Frederik Roth schrieb:
>weil immer noch
>der Prof hintendran steht und eine einigermaßen wissenschaftliche
>Ausarbeitung möchte.

Gilt für jede art von Oszillator:
Grundsätzlich besteht ein Oszillator aus Verstärker und
Schwingkreis. Die Impedanz des Verstärkers darf nicht niedriger
als die Impedanz des Schwingkreises sein, weil sonst die
Betriebsgüte versaut wird, wenn doch, dann muß transformiert
werden. Transformieren kann man induktiv durch Anzapfen,
zum Beispiel beim Meißneroszillator, oder durch kapazitive
Spannungsteiler, Beispiel Colpittz Oszillator.
Bei Leistungsanpassung (Schwingkreisimpedanz = Verstärkerimpedanz)
hat man die maximal mögliche Schwingkreisamplitude.
Die rückgekoppelte Leistung sollte auch nicht größer als zum
sicheren schwingen sein.
Information zu Widerstandstransformation mit kapazitiven Spannungsteiler
findet man zum Beispiel in der Zeitschrift Funkamateur 2015 Heft 10
Seite 1068, (O'zapft is - Schwingkreise mit Widerstandstransformation).
Für die Frequenz gibt es die Thomsonsche Schwingungsformel.
Das ist im Prinzip auch schon alles, viel mehr wissenschaftliche Theorie
gibt es dazu nicht.

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