Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Quaroszillator "überschwinger" Wieso? Und was dagegen?


von Philipp F. (philipp5054)


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Ich wünsche euch allen erst einmal einen schönen Bastel Sonntag.
Ich bastel hier gerade ein wenig rum und bin auf folgendes "Problem" 
gestoßen. Mein 12Mhz Quarzoszillator schwingt, so scheint es über. Aber 
warum? Was kann ich dagegen tun? 10nF und 100nF nah am Eingang des Osc. 
sind natürlich vorhanden.
Ich will damit auf einen Eingang des TLC5940 habe aber bei den 
Spannungen sorge mir was zu verschießen.
Bitte um Rat.

Danke Gruß
  Philipp

PS: Oszilloskop Bandbreite sind 100MHz / Tastkopf 200MHz/6MHz

von Wilhelm F. (Gast)


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Philipp F. schrieb:

> Bitte um Rat.

Hast du mal ein Schaltbild? Pierce-Schaltung?

An den Überschwingern würde ich mich nicht weiter stören. Man erkennt 
daraus aber eine parasitäre Schwingung, die abklingt, und kann daraus 
auch die Frequenz und Abklingkonstante ermitteln. Evtl. hilft die 
Einfügung eines Dämpfungswiderstandes an geeigneter Stelle in der 
Schaltung.

Wichtig ist aber in erster Linie die Frequenzgenauigkeit und Konstanz 
des Schwingers.

Es kann natürlich auch am Abgleich des Tastkopfes liegen.

von (prx) A. K. (prx)


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Probiers mal ohne langes Massekabel am Tastkopf. Statt dessen die 
Schirmung vorne am offenen Tastkopf auf kurzem(!) Weg mit GND verbinden.

von Falk B. (falk)


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@  Philipp F. (philipp5054)

>gestoßen. Mein 12Mhz Quarzoszillator schwingt, so scheint es über.

Ist wahrscheinlich ein Messproblem. Man muss die Masseanbindung sehr 
kurz haten, so 10mm und weniger.

Beitrag "Re: ALLGEMEIN: Woher kommen Überschwinger"

>PS: Oszilloskop Bandbreite sind 100MHz / Tastkopf 200MHz/6MHz

Mit de 1:1 Stellung brauchst du nicht messen, 6 MHz Bandbreite sind 
dafür zu wenig. 10:1 ist OK.

von Horst (Gast)


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Ist der Tastkopf denn auch abgeglichen?

von Wilhelm F. (Gast)


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Horst schrieb:

> Ist der Tastkopf denn auch abgeglichen?

Unabgeglichene Tastköpfe führten bei mir nie zu periodischen 
Schwingungen, allenfalls zu Kriechfällen. Möglicherweise ist mein 
20MHz-Oszi auch nicht mehr das beste, aber 12MHz zeigte es bei einem 
ordentlichen Pierce-Oszillator noch als Sinusschwingung an, so wie es 
sein sollte.

von (prx) A. K. (prx)


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Wilhelm Ferkes schrieb:
> 20MHz-Oszi auch nicht mehr das beste, aber 12MHz zeigte es bei einem

Ein 20MHz Oszi wird Tastkopfozillationen eher nicht anzeigen. Die liegen 
deutlich drüber. Zumal sie nur bei den steilen Flanken eines solchen 
Rechtecksignals auftreten, nicht bei Sinus.

von Wilhelm F. (Gast)


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A. K. schrieb:

> Ein 20MHz Oszi wird Tastkopfozillationen eher nicht anzeigen.

Das stimmt. Oberwellen des Quarzes auch kaum noch.

Aber die Pierce-Schaltung macht schon Sinus, wenn sie richtig ausgelegt 
ist, kein Rechteck. Obwohl der Inverter oft ein Digitalschaltglied ist.

von (prx) A. K. (prx)


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Sicher, aber von einem Pierce schreibt er nichts. Das könnte 
beispielsweise auch ein fertiger 4-Pin Oszillator sein. Der liefert 
Rechteck.

von Philipp F. (philipp5054)


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Hallo Zusammen,
vielen Dank für die Vielen Antworten. Ich habe bei 3 Bauteilen keinen 
Schaltplan gezeichnet. Hoffe das Bild ist aufschlussreich.

-Also der Tastkopf ist abgeglichen. Habe das gerade extra noch mal 
kontrolliert.
-Die Masse Verbindung ist "sehr nahe"
-Der Oszillator ist vor ca. 2 Jahren bei Reichelt gekauft. Habe aber 
nicht mehr das konkrete Datenblatt von dem Teil.

Gruß Philipp

von (prx) A. K. (prx)


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Philipp F. schrieb:
> -Die Masse Verbindung ist "sehr nahe"

Nein, ist sie nicht. Das Massekabel vom Tastkopf musst du mitrechnen.

Zieh vom Tastkopf die Spitze ab. Darunter kommt eine Drahtspitze und ein 
Masseschirm zum Vorschein. Mit diesem Schirm musst du an Masse. Mitunter 
gibts bei Tastköpfen eigens eine aufsteckbare Spiralfeder dafür.

von Wilhelm F. (Gast)


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Ach, ein Fertigoszillator.

Dann schwingt da was anderes, parasitäre Bauteile oder eben der 
Tastkopf.

von (prx) A. K. (prx)


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Zur Illustration. So kann ein dank 74AC Puffer sehr steilflankiges 20MHz 
Signal mit Massekabel aussehen:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/27258/74AC-Ausgang.PNG

Und so beim gleichen Oszillator (durchstimmbar) und 10MHz wie 
beschrieben ohne Massekabel, mit zwei verschiedenen abgeglichenen 
Tastköpfen (oben Rigol, unten Testec):
http://www.mikrocontroller.net/attachment/27259/10MHz_Rigol_vs_Testec.PNG

Optimal ist als Masseanschluss:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/27280/groundspring.png

von Falk B. (falk)


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@  Philipp F. (philipp5054)

>vielen Dank für die Vielen Antworten.

Hast du sie auch gelesen. Und verstanden? Und versucht, umzusetzen?

>-Also der Tastkopf ist abgeglichen. Habe das gerade extra noch mal
>kontrolliert.

Gut.

>-Die Masse Verbindung ist "sehr nahe"

Ironie? OK.

"Man muss die Masseanbindung sehr kurz haten, so 10mm und weniger."

Sinnerfassendes Lesen und so.

von Philipp F. (philipp5054)


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Oh das ist ja ein krasser Unterschied!
Habe ich so noch nie gesehen obwohl ich schon höhere Frequenzen gemessen 
habe. Was kann ich machen um das Signal "Stabiler" zu machen?

Dank und Gruß
  Philipp

von (prx) A. K. (prx)


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Das Signal ist völlig ok, da musst du nichts machen. Es war dein 
Tastkopf, der schwingt. Genauer gesagt, dessen Kapazität zusammen mit 
der Kabelinduktivität ergibt einen Schwingkreis, der durch die steile 
Flanke angeregt wird. Kurzes Massekabel ergibt viel niedrigere 
Induktivität.

von Falk B. (falk)


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@  Philipp F. (philipp5054)

>Oh das ist ja ein krasser Unterschied!

Nicht wahr?

>habe. Was kann ich machen um das Signal "Stabiler" zu machen?

Was ist denn "instablil"?

Ausserdem kann man die Messung noch ein gutes Stück verbessern, indem an 
DIREKT an GND am Osziallator rangeht und nicht Dutzedne mm entfernt. 
Dann verschwindet wahrscheinlich auch noch der kleine Überschwinger und 
man hat ein nahezu perfektes Taktsignal.

von Signalfreu(n)d (Gast)


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Philipp F. schrieb:
> Was kann ich machen um das Signal "Stabiler" zu machen?

NICHTS! Das Signal des Oszialltors dürfte bestens sein - während 
"Probing" mit 8 bis 10 cm langer Masseleitung völlig untauglich für 
Signalflanken um die 10ns - oder noch viel kleiner ist!

Falk Brunner schrieb:
> Ausserdem kann man die Messung noch ein gutes Stück verbessern, indem an
> DIREKT an GND am Osziallator rangeht und nicht Dutzedne mm entfernt.

Eben. Und Nichts leichter als das:

Drehe in diesem Bild Deine Proble einfach 180°:

http://www.mikrocontroller.net/attachment/164532/20121230_175140.jpg

d.h. lasse sie etwa von 11 Uhr übder den Oszillator kommen, mit der 
Spitze an Deinem Signaltestpunkt, und dem Metallring der Probe (direkt 
über der eingeschraubten Spitze) in direktem Kontakt zum Metallgehäuse 
des Oszillators.

Ein "schöneres" Signal wirst Du mit Deiner Probe niemals sehen...

...obwohl auch das für wenig Geld möglich ist. Mit einer einfachen 
Nieder-impedanz-Widerstandprobe:

http://www.eng.yale.edu/ee-labs/morse/probe/probe2.htm

(Bild 6 ganz am Anfang)

Mit 450  Ohm - Teilerfaktor  10:1
Mit 950  Ohm - Teilerfaktor  20:1
Mit 2450 Ohm - Teilerfaktor  50:1
Mit 4950 Ohm - Teilerfaktor 100:1 - 10mV/cm == 1V/cm, für VCC = 3 bis 5 
V durchaus noch anwendbar

Für die Probe-Tip-Widerstände (und ggf. den 50 Ohm am Scope, falls 
dieses kein 50 Ohm-Stellung besitzt) bieten sich kapazitätsarme 
SM-Widerstände an,
auch seriell kombiniert - z.B 1200 Ohm + 1200 Ohm + 51 Ohm.

von Signalfreu(n)d (Gast)


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Vergessen:

Bei Verwendung einer Niederimpedanz-Probe wirst Du bemerken, daß ein 
paar cm Masseleitung - oder auch an der Spitze (zwischen Meßstelle und 
Probe-Tip-Widerstand) plötzlich kaum noch stören - und vor allem den 
Probe-Aufbau nicht zu einem schwingfähigen Gebilde mit aperiodischem 
Geklingele mutieren lassen.

Zumindest - mit wieder kurzen Leitungen, ein paar mm - an Meßspitze und 
Masse bis in die Gegend von 100ps-Flanken...

...danach beginnt auch die geringe Eingangskapazität einer R-Probe 
wieder zu genügen, alle "Glocken bimmeln zu lassen", und man kommt kaum 
noch um eine saubere Wellenwiderstandsanpassung herum, möche man mehr 
als ein Schätzeisen betreiben.

von HildeK (Gast)


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Ein schöner Thread.
Ich hab in mir mal in die Favoriten genommen, so dass ich ihn für die 
immer wiederkehrenden ähnlichen Fragen schnell finden kann, zum 
Verlinken! :-)

@Philipp F.
Mach auch mal ein so schönes Foto und den passenden Screenshot nach dem 
letzten Tipp von Falk Brunner. Nur der Vollständigkeit halber - das 
würde das Ganze noch abrunden ....

von Falk B. (falk)


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@  HildeK (Gast)

>immer wiederkehrenden ähnlichen Fragen schnell finden kann, zum
>Verlinken! :-)

Ist schon im Artikel Oszillospkop verlinkt.

http://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Task.C3.B6pfe_richtig_benutzen

>letzten Tipp von Falk Brunner. Nur der Vollständigkeit halber - das
>würde das Ganze noch abrunden ....

In der Tat. Theorie und Praxis perfekt in Übereinstimmung, gibts ja auch 
nicht immer ;-)

von HildeK (Gast)


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Falk Brunner schrieb:
> Ist schon im Artikel Oszillospkop verlinkt.

Vielen Dank!
Die Erfahrungen zeigten, dass auch durchaus gestandene Profis sich 
dieser Problematik nicht immer ausreichend bewusst sind. Wie viele Leute 
haben hierbei schon Zeit verschwendet, um nicht vorhandenen Problemen 
auf die Spur zu kommen?

Ich hatte vergessen zu erwähnen, dass die Ausführungen von 
Signalfreu(n)d auch sehr zu einem korrekten Meßergebnis beitragen 
können, wobei ich keine Erfahrung mit den Selbstbau-Tastköpfen habe.
Auf der Arbeit benutze ich an kritischen Stellen einen von Tektronix, 
der auf deren Webseite nicht unbedingt schnell zu finden (zumindest 
nicht unter der Rubrik 'passive Probes'):
http://www.tek.com/datasheet/low-capacitance-probe-20x-low-capacitance-probe
Leider sind die richtig teuer, aber mit 1.5pF Eingangskapazität und 3GHz 
Bandbreite und der geringeren Empfindlichkeit auf nicht optimale 
GND-Anbindung meine Lieblingstastköpfe.
Ach ja - der vermeintliche Nachteil mit 1kΩ Eingangswiderstand: rechnet 
mal aus, welche Impedanz ein hochohmiger Standard-Tastkopf mit 10pF bei 
100MHz hat ...

von Falk B. (falk)


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1pF@1GHz = 10pF@100 = 160 Ohm

D.h. bei 3 GHz hat der 1,5pF Tastkopf gerade mal noch 35 Ohm!

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