Hallo, ich hätte da mal eine allgemeine Frage bzgl. der Quarzauswahl, und zwar frage ich mich in wie weit die Lastkapazität eines Quarzes für dessen möglichen Einsatzbereich relevant ist. Einige Quarze treiben ja relativ hohe Lasten (~30pF) , andere widerum nur sehr geringe (~9pF). Worin genau unterscheidet sich der daraus resultierende bevorzugte Einsatzbereich? Kann einer höheren bzw. einer niedrigeren möglichen Last generell ein Vorteil gegenüber der jeweils anderen zugesprochen werden? mfg
möglicherweise könnte es zu einer unterschiedlichen bandbreite bei quarzfiltern (ladder filtern) führen.
...kann man sagen, je höher die Lastkapazität des Quarzes ausfällt, desto störunanfälliger wird die Schwingung? ...aber je höher die Last ist, desto schwieriger wird es wohl, diesen zur Schwingung anzustossen... oder nicht?
HF schrieb: > ...kann man sagen, je höher die Lastkapazität des Quarzes ausfällt, > > desto störunanfälliger wird die Schwingung? Nein, das hat damit nichts zu tun. Ein Quarz arbeitet am besten in Serienresonanz, dort haben die parasitären Kapazitäten der Schaltung keinen Einfluß auf die Schwingfrequenz. Die meisten einfachen Quarzoszillatoren arbeiten aber mit der Parallelresonanz des Quarzes. Diese liegt dicht neben der Serienresonanz und ist abhängig von den Kapazitäten des Aufbaus. Um jetzt dennoch die gewünschte Frequenz zu erhalten wird der Quarz so hergestellt, dass er etwas zu hoch schwingt. Mit der Lastkapazität wird diese absichtlich eingebaute Abweichung wieder ausgeglichen. Je höher die Abweichung um so höher die Lastkapazität. Die Quarze können meist passend für bestimmte Lastkapazitäten gekauft werden. Bei zu hohe Lastkapazitäten gibt es aber in der Tat Probleme mit dem Anschwingen. Schönen Abend noch
> Die meisten einfachen Quarzoszillatoren arbeiten aber > mit der Parallelresonanz IMO arbeiten fast alle Oszillatoren in Serienresonanz. Im Datenblatt ist eine Lastkapazität angegeben. Der Quarz wird so geschliffen, dass er mit dieser Lastkapazität bei der angegebenen Frequenz schwingt (+/-Toleranz). Will man es ganz genau, kann ein Trimmer verwendet werden, um die Frequenz kalibrieren zu können. Damit wird die Serienresonanz verstellt. Die tiefste Frequenz wird erreicht, wenn die Serienkapazität weggelassen wird, dies ist jedoch nicht bei allen Oszillator-Typen möglich. Die Parallelresonanz befindet sich ein paar kHz oberhalb der Serienresonanz. Diese wird durch die parasitäre Parallelkapazität verursacht. Sie liegt meist in der Größenordnung von 4-5pF. Wird ein weiterer C parallel geschaltet, verschiebt sich die Parallelresonanz in Richtung tieferer Frequenzen. Der Abstand zwischen Serien- und Parallel-Resonanz wird kleiner. Dadurch wird auch der Verstellbereich des zuvor genannten Trimmers in Richtung höherer Frequenzen reduziert. Dann lässt sich der Quarz schlecht "ziehen".
B e r n d W. schrieb: > IMO arbeiten fast alle Oszillatoren in Serienresonanz. In der Digitaltechnik findet man fast ausschließlich die Pierce-Schaltung, und die arbeitet mit Parallelresonanz. In der HF-Technik mag das anders sein. http://de.wikipedia.org/wiki/Quarzoszillator
Angehängte Dateien:
-
Pierce_Oszillator.gif
18 KB
Hallo PSPICE_Fan Interessantes Thema, zuerst war ich mir auch nicht sicher, da sich selbst die Literatur widerspricht. Aber nach meinem jetzigen Verständnis handelt es sich beim Pierce um einen Serienresonanz-Oszillator. IMHO liegt da Wikipedia falsch. Wobei durch Phasenverschiebungen in der Schaltung die Parallelresonanz nicht genau getroffen wird, sondern der Oszillator etwas höher schwingt. In dem angehängten Beispiel sieht man, dass die Serienresonanz bei 9.000MHz liegt und die Parallelresonanz bei ca. 9.012MHz (out1). Der Oszillator schwingt letztendlich bei 9.003 MHz (out3), also viel näher an der Serien-, als an der Parallelresonanz. Auch an der offenen Schleifen-Verstärkung (out2) kann man erkennen, dass es bei der Parallel-Resonanz zwar eine Phase von Null Grad gibt, dort aber die Schleifenverstärkung bei < -30 dB liegt. Deshalb wird bei der Parallel-Resonanz die Schwingbedingung nicht erfüllt. Gruß, Bernd
B e r n d W. schrieb: > IMHO liegt da Wikipedia falsch. Ja Bernd, da liegst du richtig. Wie soll die Schwingung bei einer Phasenverschiebung von 90° auch funktionieren?
> Diese Rückkopplung erzeugt aber eine Phasenverschiebung, > die mehr bei 90° als bei den erforderlichen 0° liegt Die 90° beziehen sich aber auf die Schaltung nach dem Pierce.
B e r n d W. schrieb: > In dem angehängten Beispiel sieht man, dass die Serienresonanz bei > 9.000MHz liegt und die Parallelresonanz bei ca. 9.012MHz (out1). Das sind aber 2 unterschiedliche Schaltungen wobei einige pF das Quarz auch etwas "ziehen" könnten (z.B. durch Transistorkapazitäten)?
Hallo oszi40 > Das sind aber 2 unterschiedliche Schaltungen Die 1. Schaltung entspricht einem Aufbau, mit dem typischerweise Quarzparameter ermittelt werden. C1 sollte der Lastkapazität aus dem Datenblatt entsprechen. Bei der 2. Schaltung handelt es sich um die aufgetrennte Schleife des Oszillators. Die Pi-Anordnung des Quarzes soll eine 180° Phasendrehung bewirken. Man kann aber erkennen, dass der Phasendurchgand 0° beim out2 sich etwas weiter rechts befindet. Dies erklärt noch nicht die 3kHz Abweichung. Möglicherweise gibt es in der Schaltung noch einen Unterschied zwischen Klein- und Großsignal-Verhalten, welcher in der Simulation nicht erfasst wird. Den BC547 hatte ich wegen der höheren Basis-Kapazität gewählt, um die Frequenz etwas tiefer zu bekommen. Wird der 10pF Kondensator weiter vergrößert, schwingt die Schaltung nicht mehr.
Hallo Berd, ich glaube Deine Simulanten lügen manchmal wenn es um HF geht. Woher wollen die genau wissen, wie ein Draht 9 MHz wirklich gebogen ist?
> ich glaube Deine Simulanten lügen manchmal wenn es um HF geht
Ich würde das nicht als "lügen" bezeichnen, die Simulation macht genau
das, was sie vorgesetzt bekommt. Sobald ich die Ursache verstehe und das
Modell dementsprechend anpasse, stimmt auch das Ergebnis. Das Problem
sitzt eher vor dem Computer.
Mir ging es um den Beweis, dass der Oszillator offensichtlich nicht auf
der Parallelresonanz schwingt.
PS
Eine Induktivität in Reihe zum Quarz würde die Frequenz eher in Richtung
tiefer Frequenzen verstimmen, ebenso eine parasitäre Kapazität.
Beim Pierce-Oszillator arbeitet der Quarz in Parallelresonanz. http://www.crystek.com/documents/appnotes/PierceGateLoadCap.pdf
In solchen Fällen hilft meist ein Blick in das hervorragende Quarz-Kochbuch von Bern Neubig (Axtal), das komplett zum Download im Netz steht. Hier gehts zum Download von Kapitel 6 http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf mit erhellenden Weisheiten über den Pierce Oszillator in Abschnitt 6.3.2
> http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf > Weisheiten über den Pierce Oszillator in Abschnitt 6.3.2 Dieses Kapitel hatte ich zuvor schon überflogen. Es gibt einen Hinweis auf den Einfluss von Gatter-Laufzeiten. Ohne stundenlang die Formeln nachzuvollziehen, gewinne ich da keine weiteren Erkenntnisse. Darauhin habe ich meine Simulation nochmals mit dem BFR93 wiederholt wegen seiner kleinen parasitären Kapazitäten und geringer Laufzeit. Mit einem 40pf und einem 37pF Kondensator gegen GND schwingt die Simulation genau auf 9.000 MHz. Auf weitere Nachkommastellen hab ich wegen der Simulationsdauer verzichtet. > Beim Pierce-Oszillator arbeitet der Quarz in Parallelresonanz. > http://www.crystek.com/documents/appnotes/PierceGateLoadCap.pdf Die schreiben nur, dass sie einen Quarz mit Parallelschliff verwenden, nicht dass dieser auf der Parallelresonanz schwingt.
Neubig schreibt in Abschnitt 6.2.5 zur Frage: Parellel oder Serienresonanz: Diese Begriffe werden häufig auf verwirrende Weise benutzt, was nichts an der Tatsache ändert, daß dies bereits vor Jahrzehnten wurde (Lit.[13], [14]). In allen Quarzoszillatoren schwingt der Quarz selbst auf einem Arbeitpunkt, der in der Nähe seiner niederohmigen (Serien-)Resonanzfrequenz liegt. Dies heißt aber nicht, daß der Oszillator genau bei der Serienresonanzfrequenz des Quarzesarbeitet! Die übrigen Schaltungs- und Frequenzzieh-Elemente verschieben den Arbeitspunktdes Quarzes, es ist aber praktisch nicht möglich, einen stabilen Betrieb an einemPunkt zu erreichen, der näher an der Antiresonanz (Parallelresonanz) liegt als an der Serienresonanz....... ......Bei den mißverständlicherweise als Parallelresonanzoszillator bezeichneten Schaltungen wirkt der Quarz als eine Induktivität mit dem Wert Leff (Gleichung 10),die viel kleiner als die dynamische Induktivität des Quarzes (L1) ist. Dieses Leffkann in der Oszillatorschaltung dann mit den anderen Elementen einen Parallelschwingkreis bilden, der Quarz selbst arbeitet aber in der Nähe der niederohmigen Resonanz. Aber unabhängig davon ist die eingentliche Ausgangsfrage des Threadopeners nach der Lastkapazität und ihrer Auswirkungen in Kapitel 6 des Quarzkochbuches erschöpfend beantwortet.
HabNix schrieb: > Bernd Neubig von der Fa. TELEQUARZ zu dem Thema: Jugendsünde, jeder lernt dazu! ;-)
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