Quarz

[Martin Laabs]

Hallo,

ich bin gerade dabei den Quarz zu verstehen und mag einen Oszillator
mit einem 2^15Hz Uhrenquarz aufbauen.

Dabei habe ich aber noch ein paar Fragen.
So ich es richtig verstanden habe betreibt man den Quarz
dort wo er Induktiv ist.
Daher meine erste Frage: Warum kann man ihn nicht in dem Kapazitiven
Teil betreiben indem man eine Induktivität paralell oder in Serie schaltet?

Im Datenblatt wir die max. Shunt Kapazität angegeben. Was ist
damit gemeint? Ist es die Kapazität die ich im Rückkopplungszeig
einsetze um eine Phasenverschiebung von 180° zu erreichen?

Andererseits wird noch die Belastungskapazität mit 10pF angegeben.
deutet das darauf hin das man ihm maximal 10pF paralell schalten darf
wenn man ihn in Paralellresonanz betreibt?

Und dann noch der Serienwiderstand. Aus dem großen Quarzkochbuch werde ich
nicht so recht schlau was der bedeutet. Aber ich habe irgenwo gelesen das
damit nicht der Widerstand im Ersatzschaltbild gemeint ist.


Habe ich richtg verstanden das man den Quarz nur im Induktiven
Bereich betreibt und deswegen nicht wirklich von einer Serienresonanz
sprechen kann?
Oder gibt es doch eine Schaltung wo der Quarz wirklich in seiner
Serienresonanz, also als reeller Widerstand, betrieben wird?
(Wie wird dann der Rest von der 2PI Phasenverschiebung erzeugt?
Der Quarz macht nur PI/2 und ein Invertar schafft nur PI.
Es fehlen also noch PI/2 um die barkhausensche Regel zu erfüllen)

Danke
Martin L.

 

[Rafael Deliano]

Aus dem großen Quarzkochbuch werde ich nicht so recht schlau
Das Buch ist ideal wenn man Quarzhersteller werden will.

Für Anwender ist es eher nicht optimal.

(Wie wird dann der Rest von der 2PI Phasenverschiebung erzeugt?
Der Quarz macht nur PI/2 und ein Invertar schafft nur PI.
* Inverter macht 180 Grad.

* Bei 4MHz macht er aber auch 47HC04 wegen seiner Durchlaufzeit schon
einige Grad mehr.
* Ausgangswiderstand des Inverter plus erster Kerko machen RC-Tiefpaß
der sich Richtung 90 Grad dreht ( erreicht er natürlich nicht ).
* Hinter dem Quarz ( der Induktivität spielt ) ist noch ein Kerko.
Als LC-Tiefpaß dreht er sich Richtung 180 Grad ( erreicht er
natürlich auch nicht )
Phasendrehung hat man also mehr als genug. Aber durch die beiden
Tiefpässe verliert man Verstärkung.

Widerstand
Hat offensichtlich was mit Güte und damit der Frequenzstabilität

zu tun die mit dem Teil erreichbar ist.
Und wenn er zu groß ist ( z.B. weil man Quarz durch billigeren
Keramikresonator ersetzt hat ), kann er auch das Anschwingen
verhindern.

Kapazität
Es gibt eine echte kleine parallel zum RLC-Filter die einen nicht

unmittelbar interessieren muß.
Es gibt eine fiktive grössere von 20pF oder 40pF. Das ist die Kapazität
die der Fertigungsautmat hat wenn der Quarz abgegeglichen wird.
Das muß die Kapazität sein die die Schaltung haben sollte, damit der
Quarz genau auf der Sollfrequenz ist.

MfG JRD

 

[Martin Laabs]

In article <3FCBB1A8.1536F579@t-online.de>,
Rafael Deliano <Rafael_Deliano@t-online.de> writes:

Aus dem großen Quarzkochbuch werde ich nicht so recht schlau
Das Buch ist ideal wenn man Quarzhersteller werden will.
Für Anwender ist es eher nicht optimal.

OK. Und welches Buch/PDF wäre da zu empfehlen? Es gibt ja
tausende Apnotes zu Quarzoszillatoren. Ich habe aber noch keine
gefunden die es umfassend erklärt.

* Bei 4MHz macht er aber auch 47HC04 wegen seiner Durchlaufzeit schon
einige Grad mehr.

Ich verwende gerade einen Opamp als Inverter. Und bei 32kHz ist
die Phasenverschiebung vernachlässigbar.

* Ausgangswiderstand des Inverter plus erster Kerko machen RC-Tiefpaß

Aber dieser Kondensator verändert die Resonanzfrequenz. Der Quartz
schwingt dann also als Paralellschwingkreis.

der sich Richtung 90 Grad dreht ( erreicht er natürlich nicht ).
* Hinter dem Quarz ( der Induktivität spielt ) ist noch ein Kerko.
Als LC-Tiefpaß dreht er sich Richtung 180 Grad ( erreicht er
natürlich auch nicht )

Ja, sonst wäre es ja zu viel. Aber auch da wieder ein Kondensator.
Beide zusammen wirken dann ja wie eine paralelle Kapazität.

Wie lasse ich ihn in reiner Serie schwingen?

Tschüss
Martin L.

 

[Guido Wienands]

"Martin Laabs" <98malaab@gmx.de> schrieb im Newsbeitrag
news:bqfvd4$22hjct$1@uni-berlin.de...

Hallo,

ich bin gerade dabei den Quarz zu verstehen und mag einen Oszillator
mit einem 2^15Hz Uhrenquarz aufbauen.

Dabei habe ich aber noch ein paar Fragen.
So ich es richtig verstanden habe betreibt man den Quarz
dort wo er Induktiv ist.
Daher meine erste Frage: Warum kann man ihn nicht in dem Kapazitiven
Teil betreiben indem man eine Induktivität paralell oder in Serie
schaltet?

Im Datenblatt wir die max. Shunt Kapazität angegeben. Was ist
damit gemeint? Ist es die Kapazität die ich im Rückkopplungszeig
einsetze um eine Phasenverschiebung von 180° zu erreichen?

Andererseits wird noch die Belastungskapazität mit 10pF angegeben.
deutet das darauf hin das man ihm maximal 10pF paralell schalten darf
wenn man ihn in Paralellresonanz betreibt?

Und dann noch der Serienwiderstand. Aus dem großen Quarzkochbuch werde ich
nicht so recht schlau was der bedeutet. Aber ich habe irgenwo gelesen das
damit nicht der Widerstand im Ersatzschaltbild gemeint ist.


Habe ich richtg verstanden das man den Quarz nur im Induktiven
Bereich betreibt und deswegen nicht wirklich von einer Serienresonanz
sprechen kann?
Oder gibt es doch eine Schaltung wo der Quarz wirklich in seiner
Serienresonanz, also als reeller Widerstand, betrieben wird?
(Wie wird dann der Rest von der 2PI Phasenverschiebung erzeugt?
Der Quarz macht nur PI/2 und ein Invertar schafft nur PI.
Es fehlen also noch PI/2 um die barkhausensche Regel zu erfüllen)

Danke
Martin L.
##

Guten Tag Martin
schau mal hier rein http://www.qsl.net/dk1ag/

Gruss Guido

 

[Jorgen Lund-Nielsen]

Rafael Deliano schrieb:

Aus dem großen Quarzkochbuch werde ich nicht so recht schlau
Das Buch ist ideal wenn man Quarzhersteller werden will.
Für Anwender ist es eher nicht optimal.

Jedenfalls nicht so wie es die Bezeichnung "Kochbuch" impliziert...
Das Konzept in der Art des "Op-Amp Kochbuchs oder des C-Mos Kochbuchs"
(D. Lancaster)
erfüllt es in keinster Weise, der Name ist sehr unglücklich gewählt.
Praktische Schaltungen zum "mal eben" nachstricken, "ich brauch mal
schnell 65,4321 MHz"
sind halt nicht drin. Dafür halt viel Theorie und Grundlagen die man im
"normalgebrauch"
nicht unbedingt benötigt, wenns dann aber der ultrastabile
phasenrauscharme Oszillator
sein soll, kann man viel draus lernen, aber auch nicht in kurzer Zeit.
Und wie oft der Anwender z.B. die Dichtheit der Gehäuse selber prüft...
man weiß es nicht.

Jorgen

(Wie wird dann der Rest von der 2PI Phasenverschiebung erzeugt?
Der Quarz macht nur PI/2 und ein Invertar schafft nur PI.
* Inverter macht 180 Grad.
* Bei 4MHz macht er aber auch 47HC04 wegen seiner Durchlaufzeit schon
einige Grad mehr.
* Ausgangswiderstand des Inverter plus erster Kerko machen RC-Tiefpaß
der sich Richtung 90 Grad dreht ( erreicht er natürlich nicht ).
* Hinter dem Quarz ( der Induktivität spielt ) ist noch ein Kerko.
Als LC-Tiefpaß dreht er sich Richtung 180 Grad ( erreicht er
natürlich auch nicht )
Phasendrehung hat man also mehr als genug. Aber durch die beiden
Tiefpässe verliert man Verstärkung.

Widerstand
Hat offensichtlich was mit Güte und damit der Frequenzstabilität
zu tun die mit dem Teil erreichbar ist.
Und wenn er zu groß ist ( z.B. weil man Quarz durch billigeren
Keramikresonator ersetzt hat ), kann er auch das Anschwingen
verhindern.

Kapazität
Es gibt eine echte kleine parallel zum RLC-Filter die einen nicht
unmittelbar interessieren muß.
Es gibt eine fiktive grössere von 20pF oder 40pF. Das ist die Kapazität
die der Fertigungsautmat hat wenn der Quarz abgegeglichen wird.
Das muß die Kapazität sein die die Schaltung haben sollte, damit der
Quarz genau auf der Sollfrequenz ist.

MfG JRD

 

[Rafael Deliano]

Es gibt ja tausende Apnotes zu Quarzoszillatoren.
Viele davon lesenswert. Wissen ist meist nicht in einem Buch abgelegt

sondern muß aus vielen Mosaikteilen zusammengesetzt werden.

Ich verwende gerade einen Opamp als Inverter.
Im allgemeinen hat ein kompensierter OP saftige Phasendrehung, aber

bei 32kHz ist die tatsächlich unkritisch.

* Ausgangswiderstand des Inverter plus erster Kerko machen RC-Tiefpaß
Aber dieser Kondensator verändert die Resonanzfrequenz.
Das ist das was der Hersteller sammt der definierten Parallelkapazität

vorgibt:

+-Quarz--+
---+ +---
+---C1---+ C1 = 20pF

Das ist äquivalent:

+-Quarz---+
---+ +---
+-C2-+-C2-+ C2 = 40pF
|
GND

Das schwingt ( meistens ), ist aber sehr unelegant, weil der
niederige Ausgangswiderstand des 74HC04 den Kerko C3
niederknüppelt:

+----74HC04-----|
| |
+------R1-------+
| |
| +-Quarz---+ |
---+ +---
+-C2-+-C3-+
|
GND

Das schwingt wegen hoher Phasendrehung/Dämpfung manchmal nicht
ist aber sinnvoll:

+----74HC04-----|
| |
+------R1-------+
| |
| R2 100 .. 1k
| +-Quarz---+ |
---+ +---
+-C2-+-C3-+
|
GND

Das ist möglich, um die Phasendrehung des 74HC04 zu kompensieren:

+----74HC04-----|
| |
+------R1-------+
| |
| C4
| +-Quarz---+ |
---+ +---
+-C2-+-C3-+
|
GND

Der Quartz schwingt dann also als Paralellschwingkreis.
Wie lasse ich ihn in reiner Serie schwingen?
Wenn man in obigen Schaltungen statt Quarz Induktivität reintut,

funktionieren sie auch.
Es genügt für diese Schaltungen sich Quarz als schmales Bandpaßfilter
mit induktivem Verhalten vorzustellen.
Bezüglich der internen RLC-Kombination in der Literatur
sollte man vorsichtig sein:
das ist die elektrische Analogie zu einer mechanischen Funktion.
Diese Analogien kommen recht schnell an ihre Grenzen.
Wie jemand in den 50er Jahren mal weise bemerkte hätten sonst
Mechaniker, Akustiker & Elektrotechniker identische Schaltpläne.

MfG JRD