Da nun wieder die Bastelzeit kommt, will ich mal eine einfache, aber
sehr nützliche Schaltung vorstellen.
Weil ich öfter Schaltnetzteile baue, suchte ich eine Möglichkeit zur
Bestimmung der Eigenresonanzfrequenz von Speicherdrosseln und
Transformatoren. Die üblichen Methoden wie Frequenzwobbelung aus
hochohmiger Quelle und Suchen des Spannungsmaximums oder ähnliches oder
die Anwendung von „Schätzformeln“ sind mir viel zu umständlich und
liefern auch keine besonders genauen Ergebnisse.
Viel besser wäre doch eine Schaltung, an die man einfach die
Induktivität anklemmt und die dann auf der Eigenresonanzfrequenz der
Induktivität schwingt. Dazu muss nur die Schwingbedingung erfüllt sein
und die parasitären Elemente der Schaltung vernachlässigbar sein. Die
Schwingbedingung zu erfüllen bedeutet eine Phasendrehung von 0° bzw.
360° und Schleifenverstärkung >1.
Die im Bild gezeigte Schaltung hat eine Phasendrehung von 360° und die
geforderten Eigenschaften wie z.B. hohen Eingangswiderstand (JFet),
niedrigen Ausgangswiderstand (ca.20Ohm), eine kleine Eingangskapazität
und außerdem eine Amplitudenstabilisierung und Eingangsschutz durch die
Dioden.
Das die Phasendrehung 360° beträgt, ist leicht zu sehen und bedarf
keiner Erklärung. Die für die Oszillation nötige Verstärkung ergibt sich
folgendermaßen:
Mit dem Teiler R3/R4 ist eine Spannungsverstärkung von Vu=2 eingestellt.
Über R2 wird die verstärkte Eingangsspannung auf den Eingang
zurückgeführt. Der Widerstand R2 speist damit einen Strom in den Eingang
ein und wirkt somit als negativer Widerstand der Größe
R2neg=-R4*(Vu-1)=-R2. Die Schaltung ist also ein NIC (negative
impedeance converter). Der negative Widerstand am Schaltungseingang kann
nun dazu benutzt werden, schwingungsfähige Gebilde zu entdämpfen und
somit schwingen zu lassen.
Im praktischen Test zeigte sich, dass die Schaltung erwartungsgemäß
einfach mit „Allem“ schwingt und das über einen extrem großen
Frequenzbereich von >0Hz bis >200MHz. Das ist auch nicht überraschend,
weil die Schaltung im Gegensatz zu den üblichen Oszillatorschaltungen
(Clapp, Meißner, Hartley, usw.) keinerlei frequenzabhängige Bauelemente
wie kapazitive Teiler oder Transformatoren enthält.
Jede beliebige Induktivität, angefangen von 5 Windungen Silberdraht
(einige 10nH, Schwingfrequenz 185MHz) über sämtliche Speicherdrosseln
und Schaltnetzteiltrafos bis hin zu Primärwicklungen von
50Hz-Kleintrafos (etliche H, Schwingfrequenz 1,2kHz), schwingt mit der
Schaltung sofort los. Natürlich schwingt auch jeder echte Schwingkreis
mit praktisch jedem L/C-Verhältnis auf seiner eigenen Resonanzfrequenz.
Auch als Dipmeter geht die Schaltung hervorragend. Eine Speicherdrossel
Fastron 09HCP-270µH als „Schwingkreis“ (2,9MHz) und eine gleiche offene
Drossel im Abstand von über 10mm führte zum Anhalten des Oszillators.
Eine 11HCP-220µH-Drossel bewirkte überhaupt nichts. Daran sieht man,
dass die Schwingung tatsächlich auf der Eigenresonanz der Drossel liegt.
Durch Verändern von R2, also dem negativen Widerstand, kann man den
Schwingungseinsatz feinfühlig einstellen und sieht dabei, dass erst bei
rel. starker Entdämpfung, eine Verschiebung der Frequenz zu niedrigeren
Werten auftritt. Das erkennt man auch an der Signalform, bei kleinen
Spannungen (ca. 2Vpp) ist der Sinus perfekt und man erkennt keinerlei
Verformung (die FFT des Oszi zeigt unter 1%Klirrfaktor). Bei zu starker
Entdämpfung übersteuert die Schaltung und die Signalform wird eckig.
Die Verstärkung von V=2 wurde gewählt, damit der Betrag des negativen
Widerstands gleich dem Wert von R2 ist und man so auf einfache Weise den
Verlustwiderstand oder die Güte angeschlossener Bauteile ermitteln kann.
Der Einstellwert des R2, bei dem die Schaltung anschwingt, ist der
Verlustwiderstand des Prüfobjekts.
T2 muss ein pnp-HF-Typ sein, ich habe einen KT363B genommen.
Tunneldioden gibt es eigentlich keine mehr zu kaufen. Was aber auch eine
negative Impedanz hat, waere eine Gasentladungsroehre. zB Glimmlampe.
Nicht ganz derselbe Frequenzbereich..
Im Anhang eine LTspice-Simulation.
von den NJF JFETs eignen sich nicht alle, einfach ausprobieren, ob die
Spannung an der Basis der PNP ca. 8,2V beträgt.
Mit den Bauteil-Werten spielen.
Bei mir schwang er zuerst nicht an, deshalb habe ich ein paar Pulse auf
die Versorgung gegeben.
Wie bohrt man die Schaltung für >1 GHz auf? ein NIC wäre ansich eine
ideale Schaltung, um damit einen Cavity Oszillator anzutreiben:
Beitrag "Re: Zeigt her eure Kunstwerke (2017)"
HP hat das im 8444A Tracking Generator mit einem BFR96 gemacht, brauchte
dafür aber -20V und +5V, wenn ich mich recht erinnere. Könnte sowas mit
deiner Schaltung nicht auch gehen?
Tobias P. schrieb:> Wie bohrt man die Schaltung für >1 GHz auf?
Ich weiß gar nicht wie hoch die obere Grenzfrequenz der gezeigten
Schaltung wirklich ist. Bei 200MHz jedenfalls gibt es noch kein Problem
mit dem Anschwingen oder eine Betriebsspannungsabhängigkeit o.ä.. 1 GHz
schafft die natürlich so nicht. Mit passendem JFet und BFT92 und ggf.
niederohmigerer Dimensionierung kommt man wohl in diese Bereiche. Solche
Frequenzen sind aber nicht mein Gebiet. An die 200MHz habe ich mich auch
nur deshalb begeben, weil ich wissen wollte, wie weit ich der Schaltung
trauen kann. Höhere Frequenzen haben bei der gezeigten Dimensionierung
wohl auch wenig Sinn, weil die Eingangskapazität schon deutlich in die
Frequenz eingeht,
Noch ein Hinweis für Nachbauer. Der R2 darf natürlich nicht 0 werden,
sonst geht der PNP kaputt. Bei mir ist R2 die Reihenschaltung aus einem
3k3-Festwiderstand und einem 100k-Dickschichtpoti. R2 kann auch durch
einen Kondensator ersetzt werden, der macht dann eine negative
Kapazität.
длинний зелёний тролль schrieb:
>Was aber auch eine>negative Impedanz hat, waere eine Gasentladungsroehre. zB Glimmlampe.>Nicht ganz derselbe Frequenzbereich..
Ich habe aber noch keine Schaltung gesehen die damit einen
Schwingkreis zum schwingen bringt, mach mal einen Vorschlag.
Ich sehe da in der Kennlinie auch keinen Bereich wo der
Strom mit steigender Spannung kleiner wird.
Günter Lenz schrieb:> Ich sehe da in der Kennlinie auch keinen Bereich wo der> Strom mit steigender Spannung kleiner wird.
Den siehsts du bei der Tunneldiode auch nicht ohne weiteres, sondern es
geht "schnapp" und dann ist der Arbeitspunkt ein anderer.
In der Kennlinie dieser Annonce ist das gut zu sehen:
http://www.ebay.de/itm/Tunneldiode-1N3719-TD-4A-10mA-152-0182-00-/192314693507
Man braucht einen sehr niederohmigen und wegen der hohen
Arbeitsgeschwindigkeit auch extrem induktionsarmen Aufbau, um den
Bereich negativen Widerstands statisch durchfahren zu können.
Günter Lenz schrieb:> длинний зелёний тролль schrieb:>>Was aber auch eine negative Impedanz hat, waere eine>>Gasentladungsroehre. zB Glimmlampe. Nicht ganz derselbe>>Frequenzbereich..>> Ich habe aber noch keine Schaltung gesehen die damit einen> Schwingkreis zum schwingen bringt, mach mal einen Vorschlag.
Also, für Kippschwingungen muss es das gegeben haben, in
ganz frühen Elektronenorgeln. Da ist schätzungsweise die
Hysterese zwischen Zünd- und Brennspannung ausgenutzt worden.
Possetitjel schrieb:
>Also, für Kippschwingungen muss es das gegeben haben,
Kippgenerator mit Glimmlampe kenne ich, ist ein RC-Generator,
habe ich auch schon selbst aufgebaut, nur mit Schwingkreis
nicht. Dies wird wahrscheinlich auch nicht möglich sein.
Hallo zusammen.
Seht mal hier nach:
Da gibt es einiges zum 'negativ impedance converter:
http://www.zen22142.zen.co.uk/Theory/neg_resistance/negres.htm
Eine sehr interesaante Seite, auch vieles Andere ist
lesenswert.
Auch sonst lohnt es, nach Ramon Vargas zu suchen.
73
Wilhelm
Da in einem anderen Thread zu sehen war, dass es Interessenten für die
oben vorgestellte Schaltung gibt, will ich noch ein paar Ergänzungen
nachliefern.
Wenn man anstelle des R2 in der Schaltung am Threadanfang einen kleinen
Kondensator als Rückkoppelelement verwendet (siehe angehängtes Bild),
schwingt die Schaltung auch sehr schön mit Quarzen und keramischen
Filtern.
In dem PDF ist eine Tabelle, in der ich die Ergebnisse mit den bei mir
rumliegenden Quarzen zusammengestellt habe. Man sieht, dass letztlich
jeder Quarz zum schwingen zu bringen ist. Manche Quarze sind ganz wild
drauf, d.h. die schwingen schon mit sehr kleiner Rückkoppelkapazität
C1=Cf und großer Amplitude, und andere brauchen da mehr Druck, also
größeren Cf.
Man sieht weiterhin, dass der Cf mit abnehmender Quarzfrequenz größer
werden muss, um den Quarz schwingen zu lassen. Macht man den Cf deutlich
größer als zum Anschwingen nötig, schwingen alle Quarze auf der
dreifachen Frequenz, sie werden also so zu Obertonquarzen.
Kurioserweise schwingt der 1MHz-Quarz dann auf der 8-fachen Frequenz.
Der 101MHz-Quarz ist wohl ein 20,2MHz-Quarz, der auf der 5-fachen
Grundfrequenz schwingen soll, was er aber zuviel fand und nur die
3-fache Frequenz machte.
Hallo,
Ich würde den NICOS gern nachbauen, scheitere aber an der Beschaffung:
KT363B. Nix bei Reichelt zu holen.
Womit sollte ich den KT363B am besten ersetzen - resp., welches sind die
wesentlichen Eigenschaften, die der Ersatz aufweisen muss?
Danke!
Martin
Der hier wird wahrscheinlich als Ersatz funktionieren, und den gibt es
auch bei Reichelt: 2N3866
Generell ist die Auswahl an bedrahteten PNP HF Transistoren mit hoher
Grenzfrequenz recht dünn geworden. Wenn Du auf SMD Transitoren
ausweichst, dann findest Du einen besseren Ersatz.
Suchender schrieb:> Ich würde den NICOS gern nachbauen, scheitere aber an der Beschaffung:> KT363B. Nix bei Reichelt zu holen.> Womit sollte ich den KT363B am besten ersetzen - resp., welches sind die> wesentlichen Eigenschaften, die der Ersatz aufweisen muss?
Der Transistor richtet sich vor allem nach der höchsten Schwingfrequenz
und seine Stromverstärkung sollte nicht zu klein sein. Wenn du mit bis
zu ~50MHz zufrieden bist, geht ein 2N3906 oder BC559 oder so. BFT92/93
wäre dann für höhere Frequenzen. Allerdings sollte man dann auch die
Dimensionierung etwas niederohmiger machen.
NICOS.png
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