Hallo Ich habe eben ein Verständnisproblem mit der Schwingeigenschaft eines Quarzes. Ich musste feststellen, dass mein Quarz (4.304.194) bei Raumtemperatur (ca. 20°C) langsamer schwingt, als bei tieferen Temperaturen. Bin gerade dabei mir mit einem µC und einem Quarz eine Uhr zu bauen. Bei Raumtemperatur läuft sie einigermaßen genau. Nun habe ich den Aufbau heute Nacht in einem kalten (ca. +3°C) Abstellraum laufen lassen. Das Resultat hat mich umgehauen: Die Uhr ging heute Morgen um 12 Sekunden vor. Ich erwartete, das die Uhr geringfügig nach geht, aber auch nicht in diesem Ausmaß. Kann mir dieses Verhalten jemand verständlich machen ? Vielen Dank !
Dem Quarz wird kalt. Daher muß er schneller schwingen, damit ihm wieder wärmer wird. Jonny S. schrieb: > Ich habe eben ein Verständnisproblem mit der Schwingeigenschaft eines > Quarzes. Zeig bitte sein Datenblatt und das der Last-Cs.
Alle J. Wider schrieb: > Dem Quarz wird kalt. Daher muß er schneller schwingen, damit ihm wieder > wärmer wird. Darauf muss man erst mal kommen :-) Datenblatt habe ich leider keines. Keine Ahnung wo ich diesen Quarz mal gekauft habe. Er steckt in einem HC49S-Gehäuse. Und er ist neu, war noch nicht eingesetzt. Der µC ist ein Atmega8.
Die Temperaturabhänggkeit ist nicht nur einfach linear. Bei Temperaturen deutlich unter oder über der normalen Temperatur steigt die Temperaturabhängigkeit meist deitlich an, denn die Quarze sind so gewählt (Richtung der Kristallachsen), dass man die minimale Temperaturabhägigkeit gerade bei der normalen Arbeitstemperatur hat. Der Temperaturgang ist im groben eigentlich immer gleich - zu hohen Temperaturen nimmt die Frequenz ab, zu tiefen zu, und nahe Raumtemperatur gibt es einen kleinen Bereich wo es umgekehrt ist, bzw. die Frequenz näherungsweise unabhägig von der Temperatur ist. Wie gut der mittlere Bereich passt kann schwanken, vor allem bei billigen Quarzen. Neben dem Quarz selber hat auch der Temperaturkoeffizient der Kondensatoren einen Einfluss.
Jonny S. schrieb: > Datenblatt habe ich leider keines. Schau einfach in Datenblätter diverser Quarze. Da findest du Informationen zum Temperaturgang. Die müssen nicht allgemeingültig sein, weil der Hersteller noch diverse Maßnahmen zur Verfügung hat, um das zu beeinflussen, aber die Abhängigkeiten kannst du schon sehen.
Vielleicht hast Du auch einen Kondensator in der Oszillatorschaltung, der bei Kälte geringere Kapzität hat. Das "zieht" den Quarz zu höherer Frequenz hin. 12 sec pro Tag wären 140ppm Abweichung der Quarzfrequenz. bzw bei 4,3 MHz 560Hz. Solch starke Abweichung gibts bei üblichen Quarzen nicht. Entweder der Quarz hat einen Herstellungsfehler (falsche Schnittrichtung der Quarzscheibe) oder die Oszillatorschaltung ist sehr temperaturabhängig. btw. 4,3 MHz? Das erinnert mich an die PAL-TV Trägerfrequenz. Üblich sind bei Uhren 2^22 Hz = 4,19...MHz
Wie auch immer, die Drift ist für einen 'normalen' Quarz viel zu hoch. Welche Lastkondensatoren hast Du denn verwendet? In der Regel dürfen diese keine TK aufweisen, was durch einen schwarzen Farbtupfer gekennzeichnet wird. Falls vorhanden, nimm einen anderen Quarz, wobei die Frequenz nicht so wichtig ist: 4, 8, 10 oder 16 MHZ. Mit einem ATmega8 kann man damit ganz bequem einen Sekundentakt erzeugen.
Bei einem Quarz aus unbekannter Quelle weiß man nie über seine Eigenschaften Bescheid. Es gibt verschiedene Arten. Eine brauchbare Übersicht ist Wikipedia "Schwingquarz". Für Uhren haben die kleinen 32.768-kHz-Stimmgabelquarze eine geringe Temperaturabhängigkeit. Fertige Quarzmodule sind meist auch besser als handgestrickte, die optimalen Kondensatoren sind bereits drin. Gruß - Werner
>Welche Lastkondensatoren hast Du denn verwendet?
Gibts bei <100pF denn auch andere, als NP0?
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Peter R. schrieb: > btw. 4,3 MHz? Das erinnert mich an die PAL-TV Trägerfrequenz. Üblich > sind bei Uhren 2^22 Hz = 4,19...MHz Oh, Sorry - habe oben die Frequenz falsch geschrieben: Es sind 4.194.304Mhz Alle J. Wider schrieb: > Falls vorhanden, nimm einen anderen Quarz, Ich habe noch zwei oder drei dieser Quarze. Sie sind aber bestimmt von der selben Charge. Zum Kerko habe ich natürlich auch kein Datenblatt - ist aber auch neu, also ungebraucht. Er ist grün mit orangen Häubchen (siehe Bild).
Oranges Hütchen bedeutet TK N330. Das ist suboptimal, aber nicht ausreichend um die verhältnismäßig große Abweichung zu erklären.
Jonny S. schrieb: > Ich habe eben ein Verständnisproblem mit der Schwingeigenschaft eines > Quarzes. > > Ich musste feststellen, dass mein Quarz (4.304.194) bei Raumtemperatur > (ca. 20°C) langsamer schwingt, als bei tieferen Temperaturen. Ach? > Bin gerade dabei mir mit einem µC und einem Quarz eine Uhr zu bauen. Bei > Raumtemperatur läuft sie einigermaßen genau. Nun habe ich den Aufbau > heute Nacht in einem kalten (ca. +3°C) Abstellraum laufen lassen. > Das Resultat hat mich umgehauen: Die Uhr ging heute Morgen um 12 > Sekunden vor. Ich erwartete, das die Uhr geringfügig nach geht, aber > auch nicht in diesem Ausmaß. > > Kann mir dieses Verhalten jemand verständlich machen ? Rechnen wir doch mal. Nehmen wir an, der Aufbau lag 10 Stunden bei 3°C. Das sind 36000 Sekunden. 12 Sekunden davon sind 333ppm. Die Temperatur- differenz zu Raumtemperatur sind ca. 22°C. Dein Quarz hat also einen Temperaturkoeffizienten von ca. 15ppm/K. Das ist in der Tat etwas viel. Ich hätte ca. Faktor 10 weniger erwartet. Allerdings ist der Quarz nicht das einzige Bauelement in deinem Oszillator das einen Temperaturgang hat. Auch die Lastkondensatoren ändern ihre Kapazität mit der Temperatur. Und sie haben einen Einfluß auf die Frequenz. Schlußfolgerung: deine Meßwerte sind etwas zweifelhaft. Zum einen ist unklar wieviel der Drift von den Kondensatoren verursacht wird. Und auch die Einschätzung "Bei Raumtemperatur ... einigermaßen genau" ziehe ich in Zweifel. Wenn du Pech hast, ist dein Quarz gar keiner, sondern vielleicht ein Keramikresonator in einem Quarzgehäuse. Was den Tempco von Quarzen angeht - da hat schon die Wikipedia genug wissenswertes: https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingquarz
Oder in der Quarzbibel - nein Quarzkochbuch heisst es: Übersicht hier: http://axtal.de/Deutsch/TechnInfo/Quarzkochbuch/ Kapitel 2: http://axtal.de/cms/iwebs/download.aspx?id=87528 Auf Seite 25 sind typische Temperaturkurven für AT-Schnitt gezeigt.
Die Quarze, die ich als Schuettgut, dh 100 Stueck fuer 20 Euro, kaufe sind als -10..+60Grad mit einer Frequenztoleranz von +-50ppm spezifiziert, sowie einer Temperaturabhaengigkeit von +-50ppm, drift +-5ppm/Jahr. Es gibt aber guenstigere, die sind dann noch etwas schlechter. Unter uns ... 20cents sind schon unglaublich guenstig fuer so ein Stueck Technologie.
Siebzehn F. schrieb: > Unter uns ... 20cents sind schon unglaublich guenstig fuer so ein Stueck > Technologie. Ich denke ich diese Quarze vor ein paar Jahren bei Conrad gekauft - weis es aber nicht mehr genau. Conrad nimmt heute 30 Cent pro Stück. Klar ist das billig und man kann nicht allzuviel erwarten. Einen dieser Quarze habe ich damals mit einem anderen IC (kein µC) verbaut, der ebenfalls einen Sekundentakt generiert. Dieser Oszillator läuft heute noch immer zufriedenstellend genau. Deshalb denke ich nicht, dass die Abweichung von 12 Sekunden in 12 Stunden am Quarz alleine liegt. Wie bereits oben erwähnt sind sicher auch die Kondensatoren schuld. Mich hat nur gewundert, dass der Quarz schneller schwingt, wenn ihm kalt ist. Ich dachte es sei umgekehrt. Wie auch immer - mit dieser Temperaturdrift wird keine Uhr draus ;-) War ja blos ein erster Versuch. Danke allen Helfern und alles Gute im neuen Jahr ! lg
Jonny S. schrieb: > Mich hat nur gewundert, dass der Quarz schneller schwingt, wenn ihm kalt > ist. Ich dachte es sei umgekehrt. Wenn der Quarz kälter wird, wird er kleiner, also ist ein schnelleres Schwingen genau so logisch. Hier überlagern sich aber mehrere mögliche Gründe: kleineres Last-C, geringerer Strom im Transistor/Oszillator, andrer Begrenzungseinsatz im Oszillator usw. Von der Größe des Fehlers her spricht Vieles dafür, dass daran nicht der Quarz schuld ist. So schlechte Quarze gibt es eigentlich garnicht, außer es ist ein Temperatur-Messquarz (Gabs früher mal) Wenn die Lastkapazität, mit der der Quarz zusammenarbeitet, kleiner wird (siehe N150 beim C), ergibt das höhere Schwingfrequenz (generell bei Schwingkreisen: kleineres C-> höhere Frequenz. Vielleicht hat aber der Kondensator auch einen Fehler, dass zum Beispiel bei niedriger Temperatur der Kontakt zum Belag abreißt und nur noch die Streukapazität als Last-C wirksam ist. Nur, bist Du sicher, dass dieses 1sec-je-Stunde zu-schnell-Gehen wirklich vorhanden ist und kein Messfehler?
Peter R. schrieb: > Nur, bist Du sicher, dass dieses 1sec-je-Stunde zu-schnell-Gehen > wirklich vorhanden ist und kein Messfehler? Ja, da bin ich sicher ! Aber, wie bereits gesagt, das Thema hat sich momentan erledigt. lg
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