Hallo zusammen,
ich habe eine Frage zum Thema Colpitts Oszillator.
ich habe eine Schaltung dimensioniert (siehe Anhang) und mittels
Steckbrett und LTSpice untersucht.
Leider habe ich in beiden Fällen das Problem, dass die Schaltung nur
schwingt, wenn ich den Kondensator C1 an der Basis weg lasse.
Das ergibt ja aber keinen Sinn, da dieser ja die parasitär
eingekoppelten Wechselsignale (durch Miller-C usw.) im Arbeitspunkt der
Basisschaltung unterdrücken soll.
Was is hier noch falsch?
Da sicher die Frage kommt: die Wahl des LC ist dadurch bestimmt, dass
über eine externe Antenne später eine kapazitive Verstimmung des Kreises
stattfinden soll und somit die Kreiskapazität möglichst gering gehalten
werden muss. Es soll auf einen heterodynen Näherungssensor hinaus
laufen...
Zielfrequenz 500kHz (+-100kHz, da die Frequenz eigentlich egal ist)
Vielen Dank, ich freue mich auf eure Antworten
Grüße
Thomas
Hallo Bernhard,
ich habe mich für eine Emitterspannung von Vcc/2 entschieden. Bei einem
Re von 1k sind das ca 4,5mA.
Somit habe ich die Basisspannung auf 5,15V eingestellt und einen
ausreichend hohen Querstrom im Basis-Teiler vorgesehen für die
Stabilität.
Pd G. schrieb:> das Verhältnis L zu C ist m.E. zu groß: 1.2mH zu knapp> 1nF?
Es sind tatsächlich nicht mal 1nF sondern 90pF ;)
Aber wie bereits gesagt, die Kapazität muss möglichst gering sein.
Ich hatte es vor mit den 1m2H zu realisieren, weil ich dafür noch Spulen
auf lager hatte die aus der Gleichen Charge kommen,.. da wäre der zweite
Oszillator gut aufzubauen.
Grüße!
Pd G. schrieb:> Drittes Problem: was sind das für 1uF-Cs?
Wie beschrieben: Zur Unterdrückung der Wechselsignale. 1u ist in diesem
Fall einfach groß gewählt um die Grenzfrequenz gering zu halten.
Der obere (C4) ist (so dachte ich) für die Simulation notwendig um zu
zeigen, dass der Schwingkreis auf Masse liegt (für AC).
Thomas schrieb:> Es sind tatsächlich nicht mal 1nF sondern 90pF ;)
Wie wär's, wenn du mal die wirkliche Schaltung zeigtest anstatt einer,
die du irgendwo aufgegabelt hast.
Pd G. schrieb:> XL und XC sollten so ungefähr gleich> groß sein
Das ist richtig, passt aber nicht mit der Anforderung zusammen später
mit purer Näherung den Kreis um mehrere kHz zu verstimmen, dass hatte
ich vorhin schon auf dem Oszi getestet (15uH+2,7nF)... keine Chance
(oder ich hab was Falsch gemacht).
Grüße
Hp M. schrieb:> Wie wär's, wenn du mal die wirkliche Schaltung zeigtest anstatt einer,> die du irgendwo aufgegabelt hast.
Das ist meine Schaltung! Nur sind Reihen-Cs nicht zu addieren ;)
Somit entstehen die 90pF.
@Pd G.: C4 ist Elko, der andre WiMa Folie,..
Ach Du grüne Neune schrieb:> C2 und C3 vertauschen
Das ist in sofern aber nicht praktikabel, dass die Spannung die auf den
Emitter geführt wird dann deutlich geringer ist. Hab es trotzdem
versucht - leider keine Besserung.
Hab den oberen C noch durch eine Folie ersetzt, aber geht trotzdem nicht
(in der Simulation wird ja ohnehin nicht unterschieden)
Grüße
Thomas schrieb:> Hab den oberen C noch durch eine Folie ersetzt, aber geht trotzdem nicht> (in der Simulation wird ja ohnehin nicht unterschieden)
Meinte eigentlich auch C1.
Thomas schrieb:> Das ist in sofern aber nicht praktikabel, dass die Spannung die auf den> Emitter geführt wird dann deutlich geringer ist. Hab es trotzdem> versucht - leider keine Besserung.
820p und 100p so lassen, damit Du auf Deine 90p kommst, dafür aber einen
22p vom Kollektor zum Emitter (die jetzige Verbindung zum Emitter fällt
dafür weg).
C2 und C3 sind schon richtig herum. Dennoch ist mir das Verhältnis L zu
C zu hoch, auch wenn ich vorhin Bullshit geschrieben habe.
Reduziere doch mal den Querstrom durch R3=3.3k und ersetze C1 und C4
durch Keramik-Cs. Und ggf versuchst du statt 90pF Kreiskapazität mal
900pF?
Pd G. schrieb:> Und ggf versuchst du statt 90pF Kreiskapazität mal> 900pF?
Genau. 90p erscheinen mir Verhältnis zu 1,2mH auch zu wenig. Die
Energiemengen, die in einem Schwingkreis hin und her geschoben werden,
sollten auch in etwa in die Speichermedien reinpassen.
So, also ich habe jetz sowohl den Basisteiler mit 3.3k modifiziert, als
auch die Kreiskapazität auf 900p gehoben und noch dazu die Kopplung vom
Kollektor zum Emitter geändert. Und dann noch alle
Kombinationsmöglichkeiten davon..
Leider nach wie vor, kein Anschwingen...
Ich fürchte ich muss mich dann wohl nochmal in die Tiefen der ESB und
Resonanzwiderstände einarbeiten und das ganze nochmal berechnen.. Hatte
gehofft dass es mit der groben Berechnung passt.
Jemand noch ne Idee?
Grüße
UND DANKE trotzdem für eure Hilfe bis hier her! :)
Den 3k3 würde ich wieder auf 15k oder sogar auf 22k erhöhen. Schau mal
in den Nachbarthread: 'Alter Ghettoblaster nachträglich mit AUX
ausstatten' oder so ähnlich. Das ist zwar ein Oszillator für 100MHz,
aber ansonsten habe ich leider auch keine Ideen mehr.
Hmm, auf einem Steckbrett kann alles mögliche dazwischen kommen. Mit 900
Pief sollte schon mal Wurzel 10 kleinere Frequenz generiert werden, also
etwa 153kHz. Das könnte bei guter Verdrahtung vielleicht funktionieren.
Ach so: was sind das für Widerstände - Metall- oder Kohleschicht?
Letztere findet man häufig in Bastelsortimenten, leider sind die idR
gewendelt und haben einen nicht zu vernachlässigenden Serien-L. Bei
153kHz sollte das aber keine große Rolle mehr spielen.
Vielleicht doch mal wenigstens auf Lochraster aufbauen?
Moin,
Mir draengt sich folgender Verdacht auf: Die Anzapfung aus dem
Schwingkreis raus auf den Emitter ist ja nicht so ganz niederohmig (ich
schaetz' mal so wenige 100 Ohm) - aber der Emitter ist ja ziemlich
niederohmig ( Zumindest in einer "echten" Basisschaltung (also mit Basis
HF-maessig auf Masse) - ich schaetz' mal wenige Ohm). Also wird die
Eingangsimpedanz des Transistors das rueckgekoppelte Signal recht stark
bedaempfen. Vielleicht klappts besser, wenn C3 noch kleiner gewaehlt
wird und C2 noch groesser...
Gruss
WK
Bei der Rückkopplung hast Du mit R1 = 1kOhm und C2 ein RC-Glied, das bei
der gewünschten Schwingfrequenz kein reines C darstellt, denn die 1kOhm
sind zu klein. Das ist bei 500kHz die Parallelschaltung von R = 1kOhm
und Xc = 38kOhm. (also eine agnz aandre Schaltung, denn C2 ist in
wirklichkeit durch 1kOhm "kurzgeschlossen".
Nimm erst einmal für C2 anstatt 820pF einen deutlich größeren Wert (
>10nF). oder arbeite erst einmal mit einem größeren R1 (2,2kOhm ...
10kOhm)
Die Verstärkerstufe wird sicherlich einen Verstärkungsfaktor > 30 haben,
da kann es sein, dass mit 10nF als C2 die Schaltung schwingt
Alle samt interessante Ansätze!
- Die Widerstände sind tatsächlich die klassischen Kohleschicht
Varianten.. Da ein Widerstand von 1k bei 1/4W aber (so denke ich doch)
nicht gewickelt sein sollte, schließe ich das mal aus.. so mal ich mit
den selben Widerständen schon bei 27MHz unterwegs war.
- Lochrasterplatine wäre auch mein nächster Schritt,.. aber auch hier:
ich habe auf dem Steckbrett schon deutlich höhere Frequenzen gehabt und
zumindest Oszillationen, waren nie ein Problem - meist sogar umgekehrt:
Steckbrett alles io; Lochraster nix schwingt mehr.
- Der Ansatz mit der Parallelschaltung aus Emitter-R und C sit absolut
nachvollziehbar. Ich hab das aber Untersucht und es ist tatsächlich so,
dass beim Einschalten (Start der Simulation) eine gedämpfte Schwingung
auftritt.. je größer der Re gewählt wird, desto geringer ist die
Amplitude dieser Schwingung.
Grüße
Moin,
Der R1 spielt HF-technisch kaum eine Rolle. Der ist nur fuer den
Arbeitspunkt zustaendig. Der Eingangswiderstand des Verstaerkers in
Basisschaltung sind nur ein paar Ohm. Ob da noch 1kOhm oder 2.2k
parallel sind, ist voellig wurst.
Das Rueckkoppelnetzwerk C2 C3 L1 muss halt die richtige Phasendrehung
und dann noch nicht zu viel Daempfung machen, damit der Oszillator
schwingt. Wenn da der Ausgang des Rueckkoppelnetzwerks (der Knoten
zwischen C2 und C3) zu hochohmig gegenueber dem Eingang der
Basisschaltung (eben dem Emitter) ist, wird zuviel gedaempft, also
schwingt nix...
Gruss
WK
Das würde bedeuten, dass ich einen Transistor mit geringer Verstärkung
brauche um den Eingangswiderstand der Basisschaltung in die Höhe zu
treiben?
Das ist interessant!
Ich werd morgen mal schauen ob ich nicht eine Leistungsanpassung
dimensioniert bekomme..
Die Basisschaltung kenne ich nur für hohe Frequenzen, z.B. im UKW-Tuner
(~100MHz).
Darunter habe ich mit der KolIektorschaltung gute Ergebnisse erziehlt,
d.h. Schwingkreis oder Quarz an der Basis.
Thomas schrieb:> Das würde bedeuten, dass ich einen Transistor mit> geringer Verstärkung brauche um den Eingangswiderstand> der Basisschaltung in die Höhe zu treiben?
Nee.
Du brauchst eine geeignete Schaltung und ein solides
Verstaendnis ihrer Funktionsweise.
Vom Kollektor zum Emitter liegt, wie der gute Weka zu Recht
angemerkt hat, eine starke Fehlanpassung vor. Es ist zwar
nicht uebermaeszig sinnvoll, aber unter Umstaenden kann man
die Schaltung zum Schwingen ueberreden, indem C2 weiter
vergroeszert und C3 ggf. verkleinert wird. Die Anzapfung
am Schwingkreis transformiert zwischen dem hochohmigen
Kollektor und dem sehr niederohmigen Emitter und verbessert
so die Anpassung.
Dazu kommt Peters voellig berechtigte Bemerkung, die auf
die Frage hinauslaeuft, welchen Vorteil eine Basisschaltung
bei 500kHz haben sollte.
Die Antwort ist: Keinen.
Die Basisschaltung ist gut, wenn das Impedanzniveau ohnehin
sehr niedrig ist (was haeufig bei hohen Frequenzen der Fall
ist), und wenn man das letzte Bisschen Geschwindigkeit aus
dem Transistor herausquetschen will (was auch haeufig bei
hohen Frequenzen der Fall ist).
Ich wuerde versuchen, den Transistor in Emitterschaltung
zu betreiben.
Thomas schrieb:> die Schaltung nur> schwingt, wenn ich den Kondensator C1 an der Basis weg lasse.> Das ergibt ja aber keinen Sinn
Doch, das ergibt Sinn !!!
Thomas schrieb:> ich habe eine Schaltung dimensioniert (siehe Anhang) und mittels> LTSpice untersucht.
Wollte ich gestern auch:
CO2 ist ihm N. schrieb:> asc posten ...
Keine Unterstützung deinerseits, schade.
Aber hat mich interessiert,
also getane Arbeit nochmal getan.
Deine Schaltung funktioniert, der Oszillator schwingt. :-)
LG
old.
Thomas schrieb:> Das würde bedeuten, dass ich einen Transistor mit geringer Verstärkung> brauche um den Eingangswiderstand der Basisschaltung in die Höhe zu> treiben?>> Das ist interessant!
Voll daneben! hfe kommt doch in der Formel zur
Berechnung des Ausgangswiderstandes eines Emitterfolgers
oder des Eingangswiderstandes der Basisschaltung,
gar nicht vor.
Dergute W. schrieb:> Der Eingangswiderstand des Verstaerkers in> Basisschaltung sind nur ein paar Ohm. Ob da noch 1kOhm oder 2.2k> parallel sind, ist voellig wurst.
Wer hat Dir das erklärt? Deshalb habt Ihr die Schaltung nicht
zum Schwingen bekommen.
LG
old.
Hallo,
die asc zu posten hab ich schlichtweg überlesen! Entschuldigung!
@old.:Mit welchen Werten hast du die Schaltung nun dimensioniert die du
simuliert hast? Das Bild ist leider nicht hoch genug aufgelöst. Stark
dass sie jetz schwingt! :)
Welche Simulationsparameter hast du gewählt/ gesetzt? StartUp Bedingung?
Zu meiner These mit der Verstärkung:
Der Eingangswiderstand der Basisschaltung sollte sich doch aus uBE/iE
ergeben. Somit (rBE*iB)/(iC+iB). Man klammert iB aus, kürzt und erhält:
rBE/(ß+1).
Der Eingangswiderstand ist rein mathematisch also umgekehrt proportional
zur Verstärkung/ hfe/ ß des Transistors. Daher kam meine These.
@old.: Richtig! In der Berechnungsformel des Emitterfolgers/ der
Kollektorschaltung kommt hfe nicht vor.
Den Verstärker in Emitterschaltung zu betreiben und das LC an die Basis
zu bringen ist natürlich auch eine Möglichkeit - keine Frage. Nur bilde
ich mich gern weiter und wollte diese Schaltung dennoch kontrolliert zum
laufen bringen :)
Viele Grüße
Thomas
Thomas schrieb:> Das Bild ist leider nicht hoch genug aufgelöst.
Das ist Absicht.
Thomas schrieb:> die asc zu posten hab ich schlichtweg überlesen! Entschuldigung!
Eine Entschuldigung ohne asc ist keine.
Muss jetzt offline gehen, bis später.
LG
old.
Hallo,
okay. Ich habe in den Anhang die ASC mal rein gepackt!
Jetz bin ich (und viele andre sicher auch) gespannt woran es denn
letztendlich gelegen hat! :)
Grüße
Und nochmal ich...
ich habe die Leistungsanpassung erneut berechnet und hab es letztlich
doch zum laufen bekommen. Dennoch wäre es interessant zu wissen, wie
'old.' es geschafft hat, da mein Verstärker jetzt noch etwas
übersteuert.
Viele Grüße
Thomas :)
Wenn ich R3 und R2 niederohmiger mache (1.5k und 2.2k), schwingt die
Schaltung an.
Ich vermute mal, der Grund für das Nichtanschwingen ist, dass der
Schwingkreis durch den langsamen Anstieg des Basispotentials und damit
des Kollektorstromes nicht kräftig genug angestossen wird. Läßt man den
Kondensator weg oder macht den Spannungsteiler niederohmiger, schwingts.
Den Eingangswiderstand kannst Du über den
Emitterwiderstand einstellen.
re = UT/Ie
Der ist bei Dir viel zu niederohmig.
Das Timing in der Simu musst Du optimieren.
Mit dem 1µ Braucht die Basis natürlich einige
Zeit und wenn Du da den falschen Zeitabschnitt
im Blick hast, startup usw. ...
Kann Dir auch Sperrschwingungen machen.
Kondis parallel zur Spannungsquelle in der Simu
bitte weglassen.
Peter R. schrieb:> Mit welchen Werten läuft der Oszillator denn?
Mit R1=100K z.B.
Da in der Simu die Kreisgüte hoch ist, auch mit 1Meg.
LG
old.
Thomas schrieb:> ich habe die Leistungsanpassung erneut berechnet und hab> es letztlich doch zum laufen bekommen.
Da schau her: C2 vergoeszert, C3 verkleinert. So ein Zufall.
> Dennoch wäre es interessant zu wissen, wie 'old.' es> geschafft hat, da mein Verstärker jetzt noch etwas> übersteuert.
Schlechter Arbeitspunkt. Mache R1 mal schrittweise
groeszer. Unter Umstaenden auch R2 vergroeszern und
R3 moderat verkleinern.
Statt zu simulieren hab' ich einfach 'mal gerechnet und den Oszillator
aufgebaut. s. Bilder
Die Dimensionierung der Gleichspannungseinstellung des Transistors ist
unverändert, die frequenzbestimmenden Bauteile haben realistische Werte.
G. O. schrieb:> Statt zu simulieren
Endlich mal jemand der das in Echt aufgebaut hat (allerdings mit einem
Reihenresonanzkreis). Du hast einen B-Typ Transistor verwendet, der TO
einen C-Typ, allein das macht schon was aus.
Moin,
Hm, die Originalschaltung laeuft hier auf Anhieb mit leicht geaenderten
Werten:
c3=82p, c2=22n (hatte ich ja gesagt: der muss groesser)
c1=0.33u C4=0.22u (naja, was halt so da war und lange Beine hatte.)
Q1=BC182B
Spule war nur so nach Optik ausgesucht; scheint mir aber von der
Groessenordnung her hinzukommen.
Einstellungen am Scope: 2us/div; 1V/div
Gruss
WK
Ach Du grüne Neune schrieb:> (allerdings mit einem> Reihenresonanzkreis).
Nein, Parallelresonzkreis. Der 220nF-Kondensator am kalten Ende der
Spule stellt den HF-Kurzschluß über den Versorgungsspannungsanschlüssen
her.
G. O. schrieb:> Statt zu simulieren hab' ich einfach 'mal gerechnet> und den Oszillator aufgebaut.
Sender Jerewan: "Im Prinzip ja, aber..."
Es handelt sich nicht mehr um einen Colpitts-, sondern um
einen Clapp-Oszillator.
Clapp-Oszillator:
Der Transistor wird als Emitterfolger (bzw. in Kollektorschaltung)
betrieben
Ein-und Ausgangssignale haben den Kollektor bzw. GND als gemeinsame
Signalmasse.
Der Rückkopplungs-Spannungsteiler besteht aus einem Kondensator zwischen
B und E und einem zwischen E und GND (bzw.C).
Im diskutierten Fall also nix mit Clapp.
Eine Eselsbrücke:
Colpitts und Clapp arbeiten mit C als Rückkopplungsspannungsteiler.
Hartley arbeitet mit Henrys (induktivem Teiler,)
Meissner arbeitet mit Trafo, der hat die gemeinsame Induktivität M
(bzw.Gegeninduktvität M)
Was immer wieder bei Anfänger nicht beachtet wird die einen
Oszillator bauen wollen ist, daß der Resonanzwiderstand
des Schwingkreises nicht größer sein darf als die
Verstärkerimpedanz, dadurch entsteht eine schlechte Betriebsgüte
und der Oszillator schwingt nicht an. Der Resonanzwiderstand des
Schwingkreises sollte höchstens gleich der Verstärkerimpedanz sein,
dann herrscht Leistungsanpassung, oder noch etwas kleiner.
Die Verstärkerimpedanz ist etwa Spannung die am Transistor anliegt
durch den Strom der durch ihn fließt. Also L1 mit 1.2mH ist viel
zu groß oder die Schwingkreiskapazität ist viel zu klein.
C1 kann theoretisch unendlich groß sein. Das Verhältnis von
C2 /C3 ist schon gut, es soll ja auf einen niedrige
Eingangsimpedanz am Emitter transformiert werden.
G. O. schrieb:> Possetitjel schrieb:>> Es handelt sich nicht mehr um einen Colpitts-, sondern>> um einen Clapp-Oszillator.>> Begründung?!
Die Zahl der Anzapfungen am Schwingkreis. (Colpitts hat
eine Anzapfung (ist eine "Dreipunktschaltung"); Clapp
hat zwei.)
Ist aber trotzdem ein Irrtum; Masse und Plus sind ja
HF-technisch identisch, so dass das signaltechnisch
nur ein Knoten (nämlich das kalte Ende vom Schwingkreis)
ist. Der Hochpunkt des Schwingkreises liegt am Kollektor;
die Anzapfung am Emitter. Also doch Colpitts.
Beim Clapp-Oszillator haengt der Hochpunkt in der Luft,
was in der vorliegenden Schaltung nicht der Fall ist.
Ich bitte, meinen Irrtum zu entschuldigen.
G. O. schrieb:> frequenzbestimmenden Bauteile haben realistische Werte.
Hm, 47nF/2 Kreiskapazität.
Thomas schrieb:> somit die Kreiskapazität möglichst gering gehalten> werden muss.
Nicht erfüllt.
Aber schwingt.
Dergute W. schrieb:> hatte ich ja gesagt: der muss groesser
Offensichtlich nicht. Auch wenn beide Kondis
gleich groß sind, schwingt das.
Auch in meiner Simu mit je 47pF.
LG
old.
Formal erhält man in guter Näherung für der ÜT-Faktor der
Oszillatorschleife:
ue/ua=1=
a11+a11/C2/C3)+a12(G/pC3)+a12(1/pL1)+a12C2/(pL1C3)+a12G/(p^2L1C3+a12pC2+
a12G
worin G=1/R1+Ie/Ut, a11b=-dethb/h21b und a12b=-h11b/h21b bedeuten.
(a-Vierpolkettenparameter und h -Vierpolhybridparameter in
b-Basischaltung)
Wird nun der Imaginärteil gleich Null gesetzt (Forderung):
0=a11G(G/pC3+a12(1/pL1)+üa12C2/(pL1C3)+a12pC2, erhält man bei
schwindendem G für die Oszillatorschwingfrequenz f in guter Näherung:
f=1/2pi*sqrt((C1+C3)/L1C1C3).
So wäre in guter Näherung die Anschwingbedingung bei
dethb/h21b=C3/(C2+C3)erfüllt.
Es kommt also nur auf die richtige Wahl für den Arbeitspunkt des
NPN-Trs. in Basisschaltung an.
colpitts.PNG
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