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38Khz Quarzoszillator schwingt nicht
#1
Hallo zusammen,

ich arbeite momentan an einem Stereoencoder, aufgebaut mit einzelnen Bauteilen, um die ganze Stereo-FM Sache selbst besser zu verstehen.
Dafür habe ich mir bei box73.com vier 38kHz Miniaturquarze gekauft. Leider bekomme ich es nicht hin, meinen Colpittsoszillator mit dem Quarz zum Schwingen zu bringen.
Hier mal die Schaltung:
   

Ich habe schon verschiedenes probiert:
  • Keinen Basisspannungsteiler benutzt, sondern über einen 270k und einen 100k Widerstand den Basisstrom einzustellen --> kein Schwingen.
  • Den Emitterwiderstand auf 1k reduziert --> keine Oszillation.
  • den 100n Kondensator rausgenommen und mit 100 Ohm überbrückt (hatte keinen 0 Ohm SMD Widerstand in 0805) --> nichts.
  • die Rückkopplungskondensatoren variiert (100n/10n, 47p/47p, 820p/820p) --> nichts
  • die antiparallelen Dioden rausgelötet --> auch nichts

Ich habe dann mal einen 1,8 MHz Quarz (da waren die 47p/47p Rückkopplungs-Cs drin und der 100nF war auch eingelötet) eingelötet und es funktioniert ohne Probleme. Ich verstehe das nicht wirklich, was ich falsch mache.
Ist der 38kHz Quarz so extrem empfindlich, dass man irgendwas beachten muss, damit er schwingt?

Ich bin für jeden Tipp sehr dankbar, da ich einfach nicht weiterkomme und auch überhaupt keine Ahnung habe, wo das Problem liegen könnte.

Danke schonmal und allen ein schönes Wochenende!
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#2
Hallo,

vielleicht nur ein Schaltungsfehler,

hier ist der Collpits-Oszillator mit Quarz etwas anders gezeichnet:

https://www.darc.de/der-club/referate/aj...ng-ta/a07/

Wichtig ist ja die Wirkung des Quarzes (o. Schwingkreises als Parallelresonanzwiderstand) in Verbindung mit den beiden Kondensatoren.
Bei Deiner Schaltung liegt noch der 100n dazwischen, 38kHz ist aber fast noch NF, da macht ein 100n schon einiges an Phase ! Der 100n soll eigentlich gleichstrommäßig entkoppeln, vielleicht ist der Wert zu niedrig und mit größerem gehts...

Ergänzung:
Zitat:den 100n Kondensator rausgenommen und mit 100 Ohm überbrückt (hatte keinen 0 Ohm SMD Widerstand in 0805) --> nichts.

Da warst Du ja auch schon auf der Spur wenn Du C3 meinst, das darf man aber nicht, weil Du mit dem 100 Ohm über die Dioden den Basisteiler stark nach unten ziehst ! Der Transistor geht dann aus seinem optimalen Arbeitsbereich raus...

...wenn ichs richtig versteh, gibts das Teil schon als SMD-Leiterplatte ?? Damit würde ich nicht experimentieren, sondern die Schaltung in Manhattan-technik und bedrahteten Bauteilen erproben !

Es gibt noch weitere Fehlermöglichkeiten, die Dimensionierung der Cs muß generell auf die Frequenz optimiert werden...

Manche Quarze sind für bestimmte Resonanz optimiert (bei Collpitts brauchts die Serienresonanz), vielleicht ist eine andere Oszillatorart geeigneter für 38kHz ?

http://www.kendelbacher-ms.de/quarzoscillator.html 

...vielleicht erstmal die Schaltung ganz unten probieren ? Dann den Collpitts optimieren...

Ich hatte mit Quarzoszillatoren auch schon so Schwierigkeiten...

Gruß Ingo
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#3
Da kann ich helfen
Gerade letzten Samstag habe ich meinen Oscillator mit einem 40Khz Quarz zum schwingen gebracht.
Ich hatte 8 bis 10 verschiedene Schaltungs varianten getestet.
Ein Buch runtergeladen und was weis ich nicht alles ausprobiert.
Mir ging es bestimmt so wie dir gerade. Extremer Frust. Smiley7

Ein 2MHz Quarz ging in fielen der Schaltungen auf anhieb mit einem wunderbaren sofort kommenden Sinus.
nur eben diese 40 Khz Quarze wollten nicht.
Am ende habe ich dann auf basis einer ziemlich einfachen schaltung für ein Uhrenquarz die richtige variante rausgefunden.

https://atomsoft.wordpress.com/2010/08/1...ce-signal/

Das Quarz fing an zu schwingen, (dauert aber so um die 3-4 secunden) hatte dabei aber eine etwas falsche Frequenz.
Auch war der Sinus überhaubt nicht gleichmäsig. Der 12pF Kondensator beinflusst die Frequenz um ein par Herz und machte oben auf dem Sinus einen dicken buckel.
Ich glaube das ich dabei schon einen Trimmer am Emiter anstelle des 470K Widerstandes hatte.

Dieser Trimmer stellte erst den ersten Teilererfolg ein. Alles andere war bis dahin Schwingungslos.

Danach habe ich mit hilfe einer anderen Schaltung diese erste optimiert, indem ich die extra bauteile engefühgt habe und alle Widerstände gegen R Trimmer ausgetauscht wurden.
Hier ein auf Powerpoint erstelltes bild, mit den jetzt gerade verwendeten bauteilen und deren werten wie sie gerade für meine 40Khz Quarze am besten funktionieren.

   

Der Sinus ist sauber, und durch das genaue einstellen vom 18pF C Trimmer kann ich den richtigen wert des Quarzes einstellen. Drift nach einer stunde , lag genau bei 0.01Hz welche mann dann mit dem C Trimmer auf 0,00Hz nachkorigieren kann.

der 100K Widerstand ist ziemlich unempfindlich, aber ab 150K fällt die Schwingung drastisch ab. 100K haben sich als sehr passend ergeben.
Der 4,7Mega wurde auf 5,6 vergrösert, und als gut endfunden. Sinus wurde noch etwas besser dargestellt
Emiter und Colector Widerstände wurden gegen R Trimmer getauscht.

Das wirst du für dein Quarz auch machen müssen.
Denn ich habe auch ein 32Khz Uhren Quarz ausprobiert, und das musste auch erst mal durch gezieltes trimmen übereded werden.
Dann wollte im gegenzug aber der 40er nicht mehr auf die schnelle anschwingen.
Wie du schon vermutet hast, sind diese Quarze unter 100Khz ziemlich zickig. Kleine abweichungen sind schon genug damit es ihnen nicht passt.

Wenn die schaltung nicht 100% passt dauert das anschwingen etwas länger . Sieht man auch gut am Osci.
Diesen brauchst du zum optimieren der Schaltung UNBEDINGT.
Ganz nebenbei. Das 2Mhz Quarz funktioniert auf dieser Schaltung überhaubt nicht.


Alles ist auf einem Breadbord montiert, und ganz normale Bauteile mit langen Beinchen wurden verwended
Sollte ich das auf eine Platine machen, werden die werte sich eventuel mit den Kurzen Anschlüssen etwas verändern.
Die Schaltung scheint mir aber relatif unempfindlich zu sein.

Die zwei Kondensatoren am Quarz bewegen die Frequenz. ich habe zwischen 4,7 und 47pF probiert.
Der 39pF ergibt das der 18pF trimmer auf die hälfte eingestellt ist.
Wodurch ich die meiste korrectur daran vornemen kann.
Den richtigen wert für den 39pF musst du dann anhand deines C Trimmer ermitteln

Die Kondensatoren in dieser Schaltung sind alle Keramisch. Nur der C Trimmer ist aus Kunststoff.
Der 470pF kann denke ich aber problemlos auch ein Folien typ sein, und auf 100pF reduziert werden. Er wahr eben gerade zur Hand.
Ich habe diesen Kerko verwended weil er extrem lange Beine hatte, und ich so den Tastkopf besser anhängen konnte.

Dieser ist vom Oscilloscop und geht zum Zähler. Der Tasti ist auf x1 eingestellt.
Der Zähler eingang hat ein T-Stück welches dann mit einem normalen 50 Ohm Koax zum Osci weitergeht.
So kann ich den Sinus beobachten, und die Frequenz auf ein Hunderstel genau ablesen. (Das kann mein Osci leider nicht)

Die ausgangs Spannung liegt mit dem 470pF Kondensator im 100-150mV bereich wenn ich mich nicht recht errinere.(Gut zum verstärken geeignet) 3v ist die Betriebsspannung
Der kleine Eintransistor Oscillator verbraucht fast keine leistung, weshalb er sicherlich sehr gut an einer 3V Knopfzelle betrieben werden kann.
Mehr als 5V sollte man in die schaltung nicht geben. In dem Buch welches ich runtergeladen habe wird gewarnt die niederfrequenten Quarze zu überlasten.
Diese haben Stimmgabel form und können bei zu hoher leistung zerbrechen.
ich dachte dann an eine 9 volt variante für einen Puffer verstärker, und einer 3,3v Zener diode für den Oscillator.
Muss ich noch ausprobieren, und schauen ob ich das passende geheuse dazu habe.


Fiel spas beim nachbauen.
Wenn ich am Nägsten Wochenende wieder Zuhause bin, zeige ich meine Schaltung und das Oscibild dazu.
Wenn du es nicht schon selbst zusammengebaut hast. Es sind ja nur ein Bruchteil der von dir verwendeten teile.....
Viele Grüße, Juan
Printed on recycled Data
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#4
Hallo Ingo, Hallo Juan,

erstmal vielen Dank für eure Antworten. Ich hatte das schon aus SMD, weil ich mir keine Gedanken gemacht hatte, dass ich den Quarz nicht zum schwingen bringe. Bis jetzt hat die Standardcolpittsschaltung bei allen höherfrequenten Quarzen funktioniert. Die Dioden sind als ersten rausgefolgen, an der Arbeitspunktverschiebung lags demnach nicht. 

Ich habe inzwischen mit den Tipps von Juan das Ding zum Oszilieren gebracht. So sieht die Schaltung jetzt aus:

   

Den 100nF Kondensator habe ich aber rausgeschmissen. Habs auch nicht mehr probiert, ob ich ihn jetzt wieder reinmachen könnte.

Ich glaube das größte Problem war der Basisspannungsteiler und der Emitterwiderstand. Die zu kleinen Widerstandswerte des Basisspannungsteilers hat den Quarz wohl zu sehr bedämpft. Die niederfrequenten Quarze scheinen sehr "hochohmig" zu sein. Für Uhrenquarze habe ich was von 50kHz ESR gelesen. Ich muss mich bei Gelegenheit mal etwas mehr mit Quarzen beschäftigen, habe darüber nicht so viel theoretisches Wissen. Mit 56pF Kondensatoren hat der Quarz in meiner Schaltung auf einem Oberton geschwungen, das war dann viel zu schnell. Mit den 330pF ist das Problem gelöst. Ich bin 1,7 Hz zu tief mit meinr Schaltung, habe also 37998,3 Hz.
Das ist erstmal gut genug für mich.

Bei mir kommt kein "reiner Sinus" raus, das wird aber von der Folgestufe wieder ausgebügelt. Deswegen auch die vielen Komponenten. Die Filtert mir auf einen "sauberen" Sinus. Aber sind bestimmt noch paar Oberwellen drin, aufm Oszi sieht ja auch ein einigermaßen sauberer Sinus schon gut aus Big Grin.

Ich sage nochmal Danke und wünsche noch einen schönen Abend!

VG
Raphael
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#5
1,7hz ist für 38Khz fiel........deswegen hatte ich mich ja auch nicht zufriedengegeben, und die erste Schaltung optimiert.
Meine erste Schaltung hatte ja auch das problem mit den bis 4Hz zu niedrig, oder 1Hz zu hoch. Je nachdem welches Quarz getestet wurde.
Und der Sinus wahr jedesmahl eine echte gurke.
Mir scheint das der zähler den Buckel gezählt hatte, der fileicht schon über den Sinus rausragte.

Insgesamt 950 Quarze wurden gekauft, und mit der ersten Schaltung selektiert,
Es wahren wenige mit -4Hz. Ein haufen -3Hz noch ein haufen -2Hz
Dann nur 4 stück mit -1Hz. Dann wieder ein haufen mit ziemlich genau 40Khz und noch ein heufchen +1Hz
Dann noch 4 oder 5 Exoten, und an die 10 stück welche überhaubt nicht wollten. (Chinesische production. Also alles ganz normal)

Nachdem ich die zweite Schaltung fertig hatte schwingten sie ALLE!!! auf 40,0 oder 40,01. Also auf 0,01Hz genau.
Die falsche Schaltung beinflusst also das Quarz sehr stark, und kann es bei betrieb sogar altern lassen, oder durch überlastung zerbrechen.
Diese quarze sollen bei betrieb nicht über 1µA verbrauchen. Weshalb du auch mit der betriebs Spannung noch mal runter gehen musst.

Schau mal hier, da wird es rechnerisch behandelt. Auf seite 4 zu 5 sind einige daten angegeben welche ziemlich identisch mit meinen rausgefundenen werten übereinstimmen
https://www.ti.com/lit/an/slaa322d/slaa3...e.com%252F
abschnit 2.1 erklärt warum dein Quarz zu niedrig schwingt. Die tabelle auf seite 5 zeigt es auch grafisch.

Deswegen jetzt zu deiner Schaltung
Die 330pF kondensatoren sind für solch niedrige Frequenzen also fiel zu hoch.
Versuch es mal mit 10 bis 22pF bei mir wahren es 39p Aber ich habe die Schaltung ja auch auf einen Breadbord mit langen aschlüssen.
So ein Quarz sollte eine typische lade kapazität um die 12 bis 14pF haben. meine haben laut hersteller 12,5pF
Probier das mal aus.
Wenn das dann in deiner Schaltung geht, reduziere die Spannung auf die von mir vorgeschlagenen 3v. Wir laufen ja auch nicht gerne bergauf.
In diesem text werden die Quarze auch mit 3 oder sogar 2,2V betrieben. Das hat schon seinen grund.
Der sinus wird zwar kleiner dabei, aber macht ja nichts. Du hast ja schon einen zweiten Verstärker eingebaut.

Eventuel ist dann der Sinus schon vor dem puffer verstärker sauber. Dann hast du ein richtig gutes signal, mit der richtigen stabilen frequenz.
Wenn du einen Trimmer einbauen kannst, wirst du auch noch diese Frequenz leicht beienflussen können.

Wie gesagt mit den bei mir Rechten Kondensator (jetzt 39pF) kann ich in verbindung mit den trimmer so um ein Herz mit der Frequenz rumspielen.
Der kleine trimmer macht die feinarbeit. oder man baut gleich zwei mal 22pF so wie an anfang von seite 5 vorgerechnet wurde, und schaut ob es passt


Das Spiel dreht sich in der Schaltung also um C5 und R13
Versuch es mal wie in meiner Schaltung.
Zwischen den Quarz und Masse wird ein Trim Kondensator geschaltet. Dann ist der Quarz nicht mehr mit Masse verbunden, und kann in seiner Frequenz geschoben werden.
Der Sinus wir dabei auch sofort besser dargestellt.
C5 geht auch an Masse und laded den Quartz mit 10 bis 22pF. Der richtige wert für R13 muss mit einem R Trimmer rausgefunden werden
C6 bleibt wo er ist, muss aber fiel höher gewählt werden Zwischen 1 und 4,7nF
Und nicht vergessen Spannung runter. Der 100K Widerstand ist noch das I tüpfelchen sollte sich dei schwingung nicht halten.

Das Buch was ich mir runtergeladen habe heist beim Googeln : Crystal_Oscillator_Circuits_Krieger_Matthys.pdf
Im tausch gegen deine e-mail adresse kann ich es dir zuschicken. Ist auf diesen Laptob als PDF gespeichert.
Das buch ist leider auch auf Englisch, hatt aber fiel nützliche info.

Eins ist klar, ein optimieren der Schaltung lohnt sich, zumal Quarze nicht auf Beumen wachsen.
Geht bei mir so ein Zappelphillip kaput, werf ich ihn weg und der nägste kommt an die reihe.
Du hast aber nur 3 stück. Pass auf das du die nicht kaput Schwingst.
Viele Grüße, Juan
Printed on recycled Data
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#6
(30.04.2022, 12:33)Raphael_S schrieb: Ist der 38kHz Quarz so extrem empfindlich, dass man irgendwas beachten muss, damit er schwingt?

Ich bin für jeden Tipp sehr dankbar, da ich einfach nicht weiterkomme und auch überhaupt keine Ahnung habe, wo das Problem liegen könnte.

_Ja, diese Quarze im Bereich 32...40 kHz sidn sehr empfindlich was den sog. "drive level " (DL) angeht. D.h.  vereinfacht gesagt die Energie die Deinem Schaltung dem Quarz anbietet um das Schwingen aufrecht zu erhalten.

In der von Dir geeigtne Schaltung sehe ich keinen passenden Ansteuerpfad, es geht wohl der Entwickler davon aus das die im Aufbau vorhandne parasitären Kapazitäten es richten werden. Was bei einem einzelstück wenn man "Glück" hat funktione kann,
aber im Nachbu (bei Dir ) Probleme macht. Kurz: Dei Schaltugn ist nur begrenzt nachbautauglich.


Quarze in wie Du sie verwendest sind SEHR empfiindlich wenn der DL zu hoch (= geht kaputt) oder zu niedrig (= geht nicht) ist.

Mei nTipp ist, als erstes den Quarz in eienr geeigneten Schaltugn zu prüfen ob er noch Funktion hat.

Z.B
http://www.kendelbacher-ms.de/quarzoscillator.html
dee Schaltung ganz unten mit 2 Transistoren empfehle ich Dir, ist schnell aufgebaut.

Läuft der Quarz damit, dann kannst du das Ausgangsignal dieser schaltugn einspeisen in Deien Decoderschaltung.

wie Du an dem Beitrag von Juan siehst: Man(n) kann da viel rumprobieren, und kommt damit vieleicht zufällig zum Ziel.

Wenn man es RICHTIG machen will, muß man sich leider mit der Theorie etwas beschäftigne.
Wenn Du da etwas tun willst:
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-A...28ee3b4d8a


dort das Kapitel 3.3 wegen drive level und Impedanz. Ist etwas trocken, zeigt Dir aber worauf es ankommt.


Man(n) kann natürlich auch einfach aufbauen, hoffen das es tut und dann fertig. Das ist dann der Punkt der den einfachen Bastler vom erfahrenen Tüftler unterscheidet Smiley53
Gruss Andreas
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