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Clapp Oszillator mit oder ohne BandpassfilterHallo, ich wollte einen Clapp Oszillator bauen, um eine Frequenz von 433 Mhz zu erzeugen. Die harmonischen nach den 433 Mhz waren mir dann zu viel und ich habe dann einen Filter eingebaut. Da ich etwas unsicher bin, wollte ich fragen, ob es dadurch zu Problemen bei der Realisierung kommen kann. Viele Grüße Gökhan Özen "Oberwellen", "Filter", *433MHz" oder "Clapp-Oszillator" hört sich alles nicht nach Mikrocontroller oder sonstiger digitaler Elektronik an. Unter "HF" bist du mit dem Thema sicher besser aufgehoben. Zeig doch mal den Schaltplan. Durch die plt-Datei wird man nur auf eine Fitness-Health-Seite weitergeleitet. Dankeschön. Habe nun die Schlatungen und den Plot in .png hochgeladen.
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:) Moin, Ich verspuere so ein leichtes Biegemoment in meinen Zehennaegeln, wenn ich in einer Schaltung 0.7nH und 10mH Spulen so eintraechtig nebeneinander stehen sehe. Auch bei Bandpaessen im zig100MHzBereich habe ich das schon nur beim Draufschauen und lesen von 0.1µF und 10mH. Aber was weiss ich schon, ich hab's ja nicht simuliert... Gruss WK von Goekhan O. schrieb:
Dann muß man eben die Betriebsgüte des Schwingkreises verbessern, je besser die Schwingkreisgüte um so weniger Oberwellen. Das gilt für jeden LC-Oszillator. C2 vergrößern, L1 einen Kondensator parallelschalten. Beim Auskoppeln der HF, den Schwingkreis möglichst wenig belasten, also mit einer Anzapfung der Spule auskoppeln.
Ja, das paßt nicht, schon garnicht bei so hohen Frequenzen (433 MHz). C5 = 0,1uF & L3 = 10mH und auch C3 = 1pF & L2 = 0,7nH. Das mag rechnerisch stimmen (hab's nicht nachgerechnet) wird aber alleine im praktischen Aufbau problematisch werden. Also tendentiell C5 & L3 kleiner und bei C3 & L2 umgekehrt. Mindestens Faktor 10, eher mehr. Lies Dir mal was durch zum optimalen L/C-Verhältnis bei Schwingkreisen. Evtl. auch ein pi-Filter zur Anpassung am Ausgang, je nachdem was Du am Ausgang anschließen möchtest. Ein Oszillator dieser Bauart ist (wegen des vermuteten Anwendungs- falls) dahingehend sinnlos dass er schon beim Aufbau eine nicht vernachlässigbare Frequenzabweichung haben wird (sehr abhängig vom Aufbau) und noch dazu über Temperatur und Versorgungsspannung vermutlich mehr als +- 10 Prozent in der Frequenz schwanken wird. Alleine die Art der Auskopplung eines Signals verstimmt den Oszillator noch zusätzlich. Der folgende Verstärker oder die Antenne verstimmt den Oszillator nicht unmerklich. Zudem ist der Nachweis der Funktion und Frequenzlage schwierig solange man keinen Spektrumsanalysator, Frequenzzähler, SDR zur Verfügung hat. Ich empfehle die Verwendung eines Resonators für den frequenz- bestimmenden L/C-Schwingkreis. Damit bleibt man wesentlich stabiler in der Frequenz und kann sich noch um die anderen Probleme kümmern. z.B. https://www.ebay.de/itm/273957847285 https://www.ebay.de/itm/115862338069 Bei so hohen Frequenzen kann man mit Topfkreise hohe Güten erziehlen.
Das L/C-Verhältnis im Schwingkreis ist mit L=230,7nH und C=1pF sehr hoch und unpraktisch. Es fehlt das angedeutete "Filter". Anbei ein Bsp. mit passenderen Werten. Der Schwingkreis dient gleichtzeitig als Filterelement.
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von Robert M. schrieb:
Wozu R4? Wenn damit die Betriebsspannung gefiltert werden soll, fehlt da noch ein Kondensator wo die rote 4 steht, nach Masse, vielleicht so 10nF, weil sonst hat L2 eine schlechte Güte. L2 soll ja die Schwingkreisspule sein, da würde ich noch ein Kondensator parallel schalten. C1 sorgt ja für die Rückkopplung. C2 würde ich 5 bis 10 mal größer machen, wegen den niederohmigen Widerstand von R1. C1,C2 transformiert dann die Impedanz runter. Ich danke euch allen für die Hilfe. Ich werde versuchen es in kürzester Zeit umzusetzen. Viele Grüße
R4 + R2 = resonanzfreie Speisedrossel. Das Gleiche kann bei Bedarf auch mit R1 (270 Ohm) gemacht werden.
L1 (27nH) ist die Schwingkreisspule. Die Frequenz kann über C4 (18pF) angepasst werden.
Die Schleifenverstärkung sollte nur so hoch wie notwendig eingestellt werden. Für mehr Ausgangsleistung kann C2 erhöht werden. Ist eine möglichst oberwellenfreie Ausgangsspannung erwünscht, kann stattdessen C1 erhöht werden. Ab einem bestimmten Wert für C1 wird allerdings der Oszillator nicht mehr zuverlässig anschwingen. Ich habe das nun umgesetzt und leicht modifiziert (um auf die 433 Mhz zu kommen).
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von Robert M. schrieb:von Robert M.
OK, dann soll also C2,C1,L1,C4,C5 der Schwingkreis sein. Kommt 446MHz raus. Ob die Güte ausreicht und das in der Praxis auch anschwingt, müste man mal ausprobieren. Ansonsten wurde ich C1 etwas größer machen und C2 5 mal C1 machen und dafür C4 etwas kleiner. Das wurde die Güte verbessern. Wie sieht L1 dann in der Praxis aus? Vielleicht ein versilbertes Kupferstäbchen. L1 ist eine Konstantstromquelle. von Abdul K. schrieb:
Habe ich jetzt wieder verwechselt, ich meinte L3. Hier noch mal ein Beispiel für einen 110MHz Oszillator. Q2 ist der Oszillatortransistor. C12 der Emitterkondensator nach Masse. C13 der Rückkopplungskondensator. Die beiden haben ein Verhältnis von etwa 1:6. L2,C15,C21,C25,C14,D4 ist hier der Schwingkreis. Der Transistor geht auf eine Anzapfung von L2, um die hohe Schwingkreisimpedanz auf die Impedanz des Transistors runter zu transformieren.
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Hallo alle zusammen, ich hätte eine weitere Frage. Ich möchte nun alle Werte in der Schaltung berechnen. Vor allem R1 und R2. Dafür benötige ich Ic (um daraus Ib zu berechnen usw.). In dem Datenblatt von Infineon steht, dass der Transistor eine Vorwärtsstromverstärkungsfaktor (beta) von 546 hat. Also wäre Ib=Ic/beta. Mit den Widerständen, die ich von Robert M. (danke nochmal) übernommen habe kommt ein viel zu hoher Ic Wert heraus. Bei der Umsetzung ist es wahrscheinlich schlauer Trimmkondensatoren zu nutzen.
Also hfe ist wohl nicht 546. Sondern 170 bei Ic=5mA.
Und im UHF Bereich bei 400 MHz sogar noch weniger! Welche dieser beiden Angaben/Diagramme muss ich nehmen?
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Hallo Goekhan, du hast in der Schaltung 10 V Betriebsspannung vorgesehen. Daraus ergibt sich eine Uce, die nahe bei 10 V liegt. Damit werden die "absolute maximum ratings" vom Datenblatt überschritten. Auch die Spannungsüberhöhung am Schwingkreis ist zu berücksichtigen. Zu deiner Frage beogen auf hfe: Für die Festlegung des Arbeitspunktes, ist sie ziemlich unkritisch, da eine dc Gegenkopplung vorgesehen ist. Für die hf Verstärkung sind dann die ac Gegenkopplung und wenig genau vorhersagbare Verluste massgebend. Da wirst du um ein wenig experimentieren nicht herumkommen. In deiner Schaltung hast du den 10 Ohm Emitterwiderstand überbrückt. Der ist nicht unwichtig, da er die Dimensionierung erleichtert und den Einfluss von parasitären Kapazitäten verringert. wünsche viel Erfolg, John
Wie Recht du doch hast. Zwar nehmen die Widerstände am Kollektor und Emitter etwas Spannung weg aber durch die Resonanz-Überhöhung bleibt noch genug an Gefahr übrig. Für einen Oszillator bei 433 MHz nimmt man auch keinen Transistor mit einer Transitfrequenz (Ft) von über 30 GHz. Zum einen muss so ein Transisor zu seinem Schutz mit vergleichsweise niedrigen Spannungen betrieben werden, zum anderen sorgt die hohe Ft dafür dass parasitäre Elemente im Aufbau leicht dafür sorgen können dass die Anordnung noch auf ganz anderen (höheren) Frequenzen schwingt als gewünscht. Ich empfehle Oldschool-Trnsistoren wie BFR96, BFR15 oder ähnliche.
Hallo John, danke für deine Antwort. Ich habe die Überbrückung korrigiert. Rein theoretisch funktioniert jetzt alles. Nur verstehe ich nicht was L2 genau macht. RobertM hatte geschrieben "R4 + R2 = resonanzfreie Speisedrossel. Das Gleiche kann bei Bedarf auch mit R1 (270 Ohm) gemacht werden." Also ist der Sinn von L2 den AC-Anteil zu reduzieren ohne dem DC-Anteil zu "schaden"? Hallo Gökhan, interessant, wie sich das Projekt weiter entwickelt.
OK, zusätzlich ist mir jetzt noch aufgefallen, dass du zwei Lastwiderstände mit je 50 Ohm parallel in deiner Schaltung hast. Ist das Absicht?
Hast du dir auch angesehen WIE das - zumindest in der Sim - funktioniert? Ich habe simuliert auf der Grundlage des letzten PDF Schaltplans. Im Ausgangssignal scheint die 2.Harmonische mit -35dBc auf. Das ist noch nicht gut. Bei dieser Art von Schaltung sind in der Sim -70 dBc erreichbar, zumindest im Klasse A Betrieb. Der Kollektorstrom beträgt im Mittel 13 mA und hat Peaks von 82 mA. Der Peak tritt jeweils im Minimum de Uce auf. Die Uce ist ausserhalb der Spezifikationen. Der Transistor wird nicht für die verwendete Frequenz empfohlen. Da ist noch einiges zu tun.
L2 ist die Arbeitsdrossel für den Transistor. Der T arbeitet so zu sagen gegen den Rc, die Lc und gegen den Schwingkreis. Die Emitterdrossel trennt den Kollektorwiderstand vom Schwingkreis ab, was die Betriebsgüte verbessert. Sie ermöglicht auch einen weiteren Bereich für die Kollektorspannung, sie kann so über die Versorgungsspannung hinaus gehen.
Das ist leider nur die Theorie. In der Praxis braucht man für zuverlässiges Anschwingen eine stärkere Rückkopplung und/oder höhere Verstärkung. Das führt fast automatisch dazu dass der Oszillator im stationären Betrieb in eine Begrenzung fährt, also verzerrt und damit stärker Oberwellen produziert. Oberwellen direkt am Oszillator "vermeiden" ist also nicht sehr hilfreich.
L2 + R4 machen aus der (niederohmigen) Spannungsquelle eine möglichst hochohmige Stromquelle, zumindest für HF. R4 reduziert die Güte von L2 und ist nur relevant in einer realen Schaltung um eine Resonanz zu unterdrücken. Im Simulator könntest du auf R4 auch verzichten da L2 ideal und "resonanzfrei" sein kann. Die Uce des BFP650 wird überschritten. Dem Simulator ist das egal. In einer realen Schaltung wird der Transistor zwar nicht gleich "puff" machen aber vermutlich den Lawinendurchbruch erreichen. In der ursprünglichen Schaltung kam deshalb ein BFR92 zum Einsatz. Ein BFR35 oder BFR106 wären z.B. auch OK.
Damit der Transistor in Klasse-A arbeiten kann muss dann aber irgendwas oder irgendwer die Amplitude begrenzen sonst steigt diese ins Unendliche. Hier arbeitet der (einzige) Transistor gleichzeitig auch als Limiter und zwar im Großsignalbetrieb. Oberwellen sind unvermeidbar, weshalb die Ausgangsspannung da entnommen wurde wo die Harmonischen gering ausfallen, nämlich an einem Anzapfpunkt am eigentlichen Schwingkreis.
Warum misst du nicht die Stromverstärkung des Transistors im Simulator und rechnest dann damit? Die errechneten Werte für Ic bzw. Ib gelten aber nur für den Zeitpunkt wenn der Oszillator eingeschaltet wird. Der eigentliche Kollektorstrom ist höher da der Transistor im Großsignalbetrieb arbeitet und zwischen Sättigung und Abschnürung pendelt. Stromverstärkung und Transistorsteilheit verändern sich. Der Kollektorstrom ist pulsförmig weshalb dessen Berechnung sehr aufwendig ist. Die Theorie dazu findest du z.B. in Kapitel 5.2.3 (Time Domain Behavior) aus: U. L. Rohde, A. K. Poddar, G. Böck (2005): The Design of Modern Microwave Oscillators for Wireless Applications, Wiley Verlag, New Jersey.
Die haben leider auf den ungeraden Harmonischen ebenfalls Resonanzen, taugen also als Oberwellenfilter nicht wirklich.
Hoppala, das war ein Irrtum. In dieser Variante ist das nicht der Fall. Sorry, fals es Verwirrung gestiftet hat.
Das ist wohl selbstverständlich. Die Frage ist, WIE die Verstärkung zurückgenommen wird, denn davon hängt es ab, ob unnötig viel an Oberwellen erzeugt wird. Und in diesem Punkt besteht noch Entwicklungsspielraum. Dass das Ausgangssignal an einer Anzapfung des Schwingkreises entnommen wird, ist heutzutage ebenfalls selbstverständlich. Zum Glück braucht dies nicht die einzige Massnahme zu sein, die ein unnötiges Ausmass an OW unterdrückt.
Genau darum geht es NICHT. Nicht das Auftreten von OW an sich, sondern ein unnötig hohes Ausmass der Oberwellen kann und soll vor allem in der Praxis vermieden werden.
Ist das nicht schön wenn alles selbstverständlich ist? Vielleicht könntest du deine Schaltung posten? Nicht nur der TO hätte Interesse an einen UHF (Clapp)-Oszillator der von sich aus einen Oberwellenabstand von 70dB erreicht. Als Ausgangsfilter kann man das da nehmen: kann aber nur 10 mW, WIMRE. Das ist dann zumindest schon mal auf der richtigen Frequenz. Ich habe es in meinem 70 cm Transverter im DUBUS vom letzten Sommer benutzt. Der Plot narrow.png hat 2 Spuren: PIN-Abschwächer offen und voll zugeregelt. 2 Filter, eins nach der Eingangsstufe und eins vor dem Mischer. Mit Abschirmung kann man möglicherweise noch mehr herausschinden, aber mit 2* €1.20 ist man gut bedient. Die Datenblatt-Auszüge in der Digikey-Übersicht müssen nicht unbedingt stimmen. Gruß, Gerhard
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Wenn man will das am Schwinkreis wenig Oberwellen entstehen, muß man dafür sorgen daß der Schwingkreis eine hohe Betriebsgüte hat, also muß man den Resonanzwiderstand des Schwingkreises an die Transistorimpedanz anpassen. Die Transistorimpedanz darf nicht kleiner sein als der Resonanzwiderstand des Schwingkreises. Diese Schaltung ist ja eine Basisschaltung, Basis des Transistors ist HF-mäßig mit Masse kurzgeschlossen. Angesteuert wird er am Emitter und deshalb ist die Eingangsimpedanz sehr klein, viel kleiner als die Ausgangsimpedanz am Kollektor. Deshalb ist es falsch wenn C6 kleiner ist als C7. C6 sollte 5 bis 10 mal größer sein als C7. Das transformiert die Impedanz runter auf die niedrige Eingangsimpedanz des Transistors am Emitter.
Echt jetzt? Bei dir ist ALLES selbstverständlich? Das würde ich für mich nicht behaupten.
Tja, da formulierst du wohl etwas unrealistische Erwartungen.
Du hattest die Behauptung aufgestellt, dass in der Simulation, "mit dieser Art von Schaltung" in Klasse-A Betrieb, -70dBc erreichbar wären. Ich hatte daraufhin mein Interesse an deiner Lösung bzw. Schaltungsvariante bekundet. Gibt es die nun oder nicht? Jetzt hilft es vielleicht, zwischen Simulationsergebnissen und real erreichbaren Werten zu unterscheiden.
Das habe ich mehrfach gesehen. Die Verstärkung zurück zu nehmen hilft.
Das würde ich nicht 1:1 aus einfachen Simulationen auf realisierbare Schaltungen übertragbar halten. Das zu erwarten, wäre doch naiv. Etwas anderes kann man aber aus den einfachen Simulationen schliessen: Wenn die Verstärkungsrücknahme in der Sim, die Oberwellen reduziert, dann kann real eine Verstärkungsrücknahme das auch tun. Wie weit man das real treiben kann, ist experimentell zu ermitteln, das kann man aus einer einfachen Simulation nicht ableiten. Dafür sind die Modelle, die mir in LTSpice zur Verfügung stehen zu ungenau und zu wenig komplex. Hallo zusammen. Ich möchte feststellen, in diesem Forum ist man Goekhan nicht kompetent genug: https://www.eevblog.com/forum/beginners/transistor-datasheet/ https://www.eevblog.com/forum/beginners/clapp-oscillator-with-filter/
Man beachte: Bauen, nicht simulieren! Das wurde ihm im EEVBLOG empfohlen: https://wiki.analog.com/university/courses/electronics/comms-lab-clapp-osc Dann mach das erst mal, auf dem Steckbrett, überall mit den Fingern fummeln, biegen, anfassen und dabei messen und sehen, was passiert! Dann mach das mal auf 150MHz und sehen was passiert. Auf 433MHz..?? Ich hoffe, du hast mehr als den heutzutage allgegenwärtigen Nano-VNA. Damit kommst du nicht zurecht!
..
Ein Oszillator 433Mhz freilaufend, wofür auch immer, ist schon eine Herausforderung. Das muss der TO selber wissen. Warum es aber unbedingt ein CLAPP sein muss? Ein CLAPP mag viele Vorteile haben. Ein Relikt aus der Röhrenzeit ist der Spruch 'Ein Clapp klappt immer'. Das war aber meist KW. Für VHF und UHF gibt es sicher bessere und geschicktere Schaltungen, bei denen z.B. zumindest ein Ende der Spule auf Masse liegt. Hier wurden bis jetzt nur ein ASC-File aus LT-SPICE und ein Schaltbild aus 'Harmonic Balance' untersucht, kommentiert und ver(schlimm)bessert. Dann kommt die Praxis -> Platine, der Chinamann fertigt nach Vorlage, alles SMD, es werden die Teile (nach Berechnung, Simulation) geordert, aufgeschmiedet und -> schwupps läuft das Teil...?? Wir alle haben ja schliesslich lange genug daran gerechnet, dass MUSS klappen.... Müsste/könnte/hätte man da vielleicht noch etwas abstimmen (müssen), womit? Glaubt der TO wirklich daran..?? Ich hoffe nicht. Ich warte auf echte Schaltbilder, echte Aufbauten mit echten Fotos und echten Ergebnisse. ...und wenn es dann endlich läuft, kann man sich über die möglichen Oberwellen immer noch Gedanken machen. 73 Wilhelm
Dann verschlechtert sich allerdings das Rauschverhalten. Schwierig
Ja richtig, da stellt sich die anspruchsvolle Aufgae, einen guten Kompromiss zu finden. Unter Anderem wird man den Einsatzzweck berücksichtigen müssen.
Die Spule benötigt keine Masse. Bei einem Drehkondensator wird das als Vorteil angesehen. Hallo Wilhelm, leider hat es in der Paxis nicht funktioniert. Auf den Clapp Oszillator bin ich durch Paper auf IEEE Xplore gekommen. Viele Grüße Gökhan
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Das Layout ist leider für einen/jeden UHF-Oszillator ungeeignet, wodurch auch dessen Funktion beeinträchtigt wird. @Gökhan PN ist unterwegs. Hallo zusammen, hallo Goehkan.
Tut mir Leid für dich, aber ich hatte nichts anderes erwartet. So mal eben..., das funktioniert, erst recht, auf höheren Frequenzen nicht.
Gibt es einen Link dazu? Würde mich interessieren, ob die da auch VHF/UHF erwähnen..?? Als Beispiel ein Schaltbild aus den UKW-Berichten, wie es auch mit einem geerdeten Schwingkreis geht. Das Drumherum kannst du ja ignorieren, es geht nur um den eigentlichen Oszillator. Zum Kennenlernen, Spielen, Basteln empfehle ich dir das Beispiel aus Koster. Lass dich nicht bange machen! Wenn du es erstmal verstanden hast, wie das funktioniert. Das ist ein Source-gekoppelter Oszillator, der kann sich nicht wehren, der muss schwingen! GAS-Fets sind nicht von Nöten, ein paar einfache BF256, BF245 o.ä. vollführen den Zweck. Wenn du keine hast, ich schenke dir gerne ein paar! Diese Art Oszillator schwingt IMMER! Selbst Steckbrett auf 10MHz. Dann übe mal ein bisschen auf niedrigen Frequenzen und schlabbere dich dann höher, damit du ein Gefühl dafür bekommst. Ich hoffe, du hast was zu messen..?? Frage: wofür braucht man einen freilaufenden Oszillator für 433MHz? Viel Erfolg 73 Wilhelm
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