Buffrad kristalloscillator

SM0AOM

Well-Known Member
Vad är det som gör att det inte "skenar" så att det till slut bara är någon sönder-distad fyrkant-våg ut?
Oscillatorer måste ha "poler i högra halvplanet" när de startar, så de kommer att så fort svängningarna har börjat
att öka amplituden ända tills något tar emot.

1628405473603.png


1628407724724.png

Detta "något" är när man använder operationsförstärkare
+/- matningsspänningen eller det maximala "sving" som utgången kan åstadkomma.

Utsignalen blir därför något som åtminstone vid ett ytligt betraktande liknar fyrkantvåg. Vill man ha sinus
så måste dels signalen passera ett selektivt element, som kan vara kristallen, samt också begränsas i amplitud.

Orsaken till att det blir "på detta viset" är att kriteriet för att starta svängningar i en oscillator innehåller
en division med noll.

1628405307082.png

Alla oscillatorer innehåller detta, en förstärkare och ett återkopplingsnät.
Villkoret för att starta innehåller:

1) Förstärkningen runt hela slingan måste vara större än 1 vid den frekvens som man vill ha svängningar vid
2) Fasskiftet mellan ingång och utgång måste antingen vara = 0 eller en multipel av 360 grader.

I den värld som bara förekommer i skolböcker så kommer amplituden att öka i oändlighet,
men i praktiken så måste amplituden begränsas.

Oscillatorer som använder förstärkare vars förstärkning beror på galler eller gate-förspänningen
ordnar detta genom att likrikta HF-spänningen över resonanskretsen och låta denna likspänning styra
slingförstärkningen så att den blir = 1 vid den amplitud som man önskar.

När det duger med en distorderad vågform låter man ofta kretsen själv begränsa amplituden.

En del oscillatorer vill man ska arbeta i Klass A. Då är det nödvändigt med ett yttre begränsningsnät som reglerar
förstärkningen så att förstärkaren hela tiden arbetar i sitt linjära område.

Ett specialfall är den "elektronkopplade oscillatorn".

Där har man ett elektronrör av pentodtyp där katod, galler och skärmgaller är elementen i en Hartley eller Colpitts-oscillator. Genom att likrikta högfrekvensen mellan galler och katod så uppstår en negativ gallerförspänning
som reglerar förstärkningen. Elektronströmmen mellan katod och anod kommer att bestå av korta pulser, eftersom
under den största delen av tiden är röret strypt, eller opererar i Klass C-regionen.

1628406866600.png

Genom att sätta en avstämd krets i anoden blir utsignalen sinusformad när
Q hos kretsen överstiger c:a 12, och genom denna verkan kan man multiplicera kristallfrekvensen.

Denna koppling har även fördelen att återverkan mellan anodkrets och gallerkrets är liten genom att skärmgallret
effektivt skiljer dessa åt elektriskt, så en ändring av belastningen eller avstämningen hos anodkretsen får en minimal inverkan på förhållandena i gallerkretsen.
 

SM6GXV

Korsdominant
Lägger till ett lästips:

Robert J. matthys: "Crystal Oscillator Circuits"

Sök på nätet och finn...
 

SM7FBJ

Radiotelegrafist och halvdansk
Denna enkla sändare för 20/40/80m har gett mig många roliga QSO:n. Fungerar klanderfritt och har gjort hundratals förbindelser.
IMG_4148.JPG

En njutning när man vill komma tillbaka till "rötter".
IMG_4149.JPG
Mottagaren till vänster är en Eddyetone all world two regenerativ historia med en LM 368 som driver högtalaren om man inte vill lyssna med högomiga hörlurar.
line.jpg
Detta är en tidigare uppsättning av samma mottagare/sändare med hörlurarna synliga och utan inbyggd högtalare i mottagaren.
 
Last edited:

SM0AOM

Well-Known Member
En 0-V-2 och en Pierce-oscillator med ett litet PA efter är ungefär det
enklaste man kan göra som fortfarande fungerar.

Många amatörer körde hundratals telegrafikontakter på 80 och 40m under den tid
när aktiviteten var 10 eller 100 gånger större än i dag med sådana enkla grejor.

Man ska inte krångla till saker i onödan.
 

SM7EQL

Kortvågs- och UKV-tekniker
Schemat på din sändare Bjarne är ju exakt samma koppling som i min första C-certsändare med rör 1969. Den allra första sändaren var dock med två 2N2102 transistorer men den lämnade bara några watt på 80 m och användes ett par veckor innan det blev dubbla uteffekten med EL84 på slutet. Ack ja, det var bättre förr! :cool:
 

SM7FBJ

Radiotelegrafist och halvdansk
Ja Bengt du inspirerade ju mig och hjälpte mig med tankspolen till sändaren för en symbolisk summa på en krona där den du fick var från min myntsamling anno 1942!

Här en liten video innan högtalaren byggdes in i mottagaren
 

SA7ELF

Active Member
Nu har jag äntligen fått hem delarna från Farnell (det har tagit sin lilla tid) och idag lödde jag ihop det enligt följande (korrigerade) schema
oscillator_20210912.PNG
När jag anslöt mitt gamla analoga oscilloskop på utgången så har jag så vitt jag kan se endast en positiv DC-spänning på ca 10V när jag matar kretsen med +- 12V

Jag begriper inte riktigt varför det inte svänger eller varför det skulle göra det.

Oscilloskopet jag har är ett gammalt National VP 5102A (10MHz) och den enda proben jag hade att jobba med var en 300MHz högspänningsprobe x100 men jag tycker jag borde kunna se nånting ifall det hade börjat svänga eller?

Gain i kretsen med angivna värden är ca 3,3 om det går att använda samma formler som för vanliga OP-förstärkare vilket jag antagit. LM7171 är stabil ner till över 2 ggrs förstärkning enligt databladet och rekommenderat återkopplingsmotstånd är 510 Ohm.

Länk till kristallens datablad
 

SM0GLD

Vänsterhänt
Snabba op-ampar kan vara svårbemästrade och den du har valt är väldigt snabb, kanske onödigt snabb.
Dina motståndsvärden är också väldigt låga vilket belastar kristallen lite väl hårt.
Prova att lägga ett seriemotstånd på några kohm från op-utgången till kristallen.
 

SA7ELF

Active Member
Finns det något sätt att försöka räkna fram någorlunda korrekt motståndsvärde? Jag vet ju att jag spänningsmässigt sätt ligger på omkring 10V på utgången vilket även verkar stämma med databladet, ESR för kristallen är specad till max 40 Ohm (ifall det påverkar) och standard brukar vara 100uW för kristallerna.
 

SM0GLD

Vänsterhänt
Jag måste höja förstärkningen till ca 10ggr för att få op-ampen att självsvänga i simulatorn.
Tyvärr har jag ingen model för kristaller så jag fick bygga en diskret.

Att simulera oscillatorer är svårt. Man måste ha något som triggar igång det hela.
Detta betyder att min simulering är inget säkert kort, bara en indikering.
 

SA7ELF

Active Member
Ahaa, det ger ju ändå en fingervisning. Jag ska se om jag kan löda in en potentiometer i min experimentkrets för att se om jag kan få den att svänga. R1 sitter medvetet i en skruvplint för att det ska vara enkelt att prova andra värden. Återkommer när jag hunnit testa lite mer. Jag tackar så mycket för tipsen så länge.
 

SM0GLD

Vänsterhänt
Med R1=10k och R2=47k till 100k så får jag bra startbeteende i simulatorn.
Detta betyder att du måste välja en opamp som tolererar högre värden på motstånden.
R1 belastar resonanskretsen / kristallen så den måste höjas vilket betyder att R2 måste följa med för att få lämplig förstärkning.
 

SA7ELF

Active Member
Det var det jag var lite rädd för. Problemet jag har är att när jag gick på in på Texas hemsida och sökte efter förstärkare så fick jag endast 3 träffar när jag väljer PDIP-kapsling: LM6171 (100MHz), LM6172 (2-kanals-version av LM6171) och LM7171 så jag har svårt att hitta en annan lämplig förstärkare som gör att jag kan bygga oscillatorn som en lös modul jag kan börja labba med och mäta på.
 

SM0GLD

Vänsterhänt
jag har svårt att hitta en annan lämplig förstärkare som gör att jag kan bygga oscillatorn som en lös modul jag kan börja labba med och mäta på.
Och jag har svårt att tala om för dig exakt vad du behöver.
Själv har jag påsvis med olika kristaller och ännu flera opampar att leka med.
Jag skulle helt enkelt prova mig fram.
Just nu sitter jag i sommarstugan helt utan resurser......tyvärr.
 

SM0GLD

Vänsterhänt
Jag byggde en enkel kristalltestare för länge sedan.
Den funkar nästan alltid med de flesta kristaller.
pierce-osc-cmos-inverter.jpg

Om jag byggde en ny sådan skulle jag använda en snabb cmos inverterare.
Min variant byggdes med TTL.
 

SA7ELF

Active Member
Det går kanske inte fort men det går framåt sakta men säkert. Idag fick jag kretsen att svänga. Jag började med R1 på 47k och tror jag provade R2 på 100k vilket fungerade bra men kristallen blev ganska varm så jag höjde både R1 och R2 i olika omgångar och kombinationer och det verkar väldigt förlåtande för allt startade direkt och svängde under hela tiden jag testade kretsen. Det sista jag provade var R2 på 680k och R1 på 330k och det fungerade som det skulle så vitt jag kan se. Problemet är att mitt oscilloskop inte beter sig stabilt och min probe är lite onödigt hög "division" på så jag ska se om jag kan komma åt lite bättre instrument för att se om jag kan komma fram till vad olika förstärkningar och belastningar gör.
 

Attachments

  • 20210925_121029.png
    20210925_121029.png
    133.8 KB · Views: 15

SA7ELF

Active Member
För någon vecka sedan lyckades jag få till en koppling som svängde. Jag märkte till min stora förvåning att det faktiskt gick att mäta direkt på kristallen med en passiv probe. Nu har jag lött ihop ett experimentkort där jag kan trycka i små moduler för att testa olika motståndsvärden. Än så länge har jag använt 2x470k och 2x47k (mao en gain på 2) och bägge verkar fungera men jag behöver skaffa lite vettiga instrument så jag kan mäta och analyser ifall det gör någon skillnad. Kretsen strömförsörjs än så länge med två 9V-batterier i serie.

När jag startade upp min SDR-mottagare som står några meter från arbetsbänken kunde jag detektera frekvensen och så fort jag kopplade ur batterierna så tystnade signalen så något måste jag ha gjort rätt.
 

Attachments

  • 20211002_125333.png
    20211002_125333.png
    623.9 KB · Views: 13
  • 20211002_125606.png
    20211002_125606.png
    696.9 KB · Views: 14
Top