Buffrad kristalloscillator

SA7ELF

Well-Known Member
Är det i stort sett endast de två kondensatorerna som belastar kristallen med mina förhållandevis höga motståndsvärden? Rekommenderat effektuttag eller hur man nu ska se det ur kristallen är max 500uW.

Vid 7MHz har de bägge seriekopplade kondingarna en kapacitiv reaktans på ca 758 Ohm per styck (?) om jag räknat rätt men när jag har mätt över kristallen så är det hyffsat hög spänning vilket i så fall skulle kunna förklara värmeutvecklingen i densamma men vad kan jag göra för att hålla nere spänningen och/eller lasta den korrekt? Enligt kristallens datablad så är rekommenderad lastkapacitans 30 pF

Holder Style: HC-49/U
Mode: Fundamental
Adjustment Tolerance: ± 30PPM at 25°C
Temperature Stability: ± 50 PPM
Operating Temp. Range: -20°C to +70°C
Load Capacitance: 30 pF
ESR: 40 Ohm

Ska man se kondensatorerna som två seriekopplade motstånd vid 7 MHz?

Bifogar även ny bild på kopplingen med korrekta namn och komponentvärdenosc_2.png
 

SA7ELF

Well-Known Member
Jag har kört med dubbla 30pF-kondensatorer eftersom jag tolkade databladet och alla kopplingar som att det var det korrekta men nu blir jag fundersam på ifall jag inte har helt fel kondensatorvärden. Hittade en formel i ett pdf-dokument på NXPs hemsida som anger formeln CL = (C1*C2) / (C1+C2) och tillverkaren av kristallen anger CL till 30pF men när jag beräknar enligt formeln ovan så borde mina kondensatorer ligga på 60pF och inte 30pF som jag har i min krets. Det skulle kunna förklara de bekymmer jag haft med värme.

colpitts_cap.png
 

SM0AOM

Well-Known Member
Dina problem med att kristallen blir varm kan bara förklaras genom att
den utsätts för en alldeles för hög nivå av driveffekt. Moderna kristaller
har en mycket tunn kristallplatta vilken har liten termisk massa.

De 500 µW effektutveckling som tillverkaren anger ska inte överskridas
om man vill ha en stabil utfrekvens och långsam åldring; och går man mycket högre riskerar kristallplattan att spricka av de mekaniska påfrestningarna tillsammans med uppvärmning.

För att förstå varför behöver man känna till kristallens ekvivalenta schema;
8MHz_Crystal_VNWA.png

som är en serieresonanskrets med stort L och litet C. Dessutom är Q, alltså kvoten mellan lagrad och förbrukad energi, stort, c:a 100000.

När tillverkaren säger 0,5 mW tillåten förlusteffekt så innebär detta att c:a
50 W (!) mekanisk energi då finns lagrad inuti kristallen när den svänger vid sin resonansfrekvens.

Man får alltså se upp med moderna kristaller att de inte får för mycket driveffekt när svängningarna kommit igång, utan kretsen behöver utformas så att amplituden begränsas innan kristallen går sönder.

Lastkapacitanserna hos en Pierce-oscillator blir ganska orelaterade till hur mycket driveffekt som kristallen erhåller, utan det är primärt av spänningssvinget på förstärkarens utgång. Erfarenhetsmässigt så ska man nog inte utsätta en HC-49 kristall i detta frekvensområde för mer än några volt topp-till-topp.

Genom att stoppa in värdena som finns för R, L och C i kristallens ekvivalenta schema i hela kretsen så kan man m.h.a. symboliska metoden finna den frekvens där fasskiftet mellan ingång och utgång på förstärkaren är så nära 180 grader att svängningar uppstår, och där beräkna vilken effekt som kommer att utvecklas i kristallen för olika amplituder på förstärkarens utgång.
 

SA7ELF

Well-Known Member
Igår gjordes stora framsteg. Jag fick ovärderlig hjälp av en radioamatör på lokala klubben när jag lånade oscilloskopet och försökte mäta på min krets. Häromveckan införskaffades en aktiv differentialprob som jag tror kan vara bra att ha till bygget så den plockades med och kopplades in mot klubbens oscilloskop.

Först fick jag precis samma värden jag sett tidigare med nära 200V över kristallen. Eftersom jag fått fram den spänningen med ett analogt oscilloskop och ett digitalt med olika probar så känner jag mig ganska säker på att värdet faktiskt är någorlunda korrekt - och ALLDELES på tok för högt.

osc_0211012_1.png

Eftersom det är å hög spänning/signal över kristallen så driver jag ju min IC-förstärkare till clip och utsignalen är en katastrof

osc_0211012_2.png

Jag var med på att det var onödigt mycket energi som gick in i kristallen men var inte med på hur jag skulle minska det. Det var då jag fick tipset att sätta en kondensator mellan utgången på IC-förstärkaren och benet som går till kristallen. Provade lite olika (för höga kondensatorvärden) innan vi hittade en liten trimkonding som löddes in i kretsen. Helt plötsligt gick jag från 180V P-P till ca 12V. Jag inser att jag fortfarande "tänker för mycket likspänning". Jag skulle behöva komma ner ytterligare en aning i kapacitans för den startar bums och ger lite väl hög signal in i ICn fortfarande men det ser väldigt lovande ut och dessutom är kretsen just nu helt olastad så det kanske bli annorlunda när den förstärkta signalen faktiskt driver något också.

Kanal 1 (gul vågform) är mätt över kristallen och den andra kanalen är IC-förstärkarens utgång. Siffrorna i högerkanten av displayen är från kanal 2

osc_0211012_3.png

Den senaste versionen av kopplingen ser ut enligt följande och värdet på C3 är idag lite okänt men lågt. Jag ställde trimkondensatorn så lågt jag kunde

osc_3.png
 

SM4INV

Well-Known Member
200 V över kristallen? Är det så att du har en probe som dämpar 10 ggr men som inte automatiskt ställer om känsligheten på skåpet, eller du har en probe utan dämpning men skåpet tror att du har en 10 gångersprobe...?
Vanligt att man missar.
Jag menar att om du driver oscillatorn med 2x9 V så blir det svårt att få 200 V i din koppling.
Lycka till!
72/73 de p-a, sm4inv.
 

SA7ELF

Well-Known Member
200 V över kristallen? Är det så att du har en probe som dämpar 10 ggr men som inte automatiskt ställer om känsligheten på skåpet, eller du har en probe utan dämpning men skåpet tror att du har en 10 gångersprobe...?
Vanligt att man missar.
Jag menar att om du driver oscillatorn med 2x9 V så blir det svårt att få 200 V i din koppling.
Lycka till!
72/73 de p-a, sm4inv.
Jag hade exakt samma tanke som du från början men alla inställningar dubbel å trippelkollade och det är verkligen så hög spänning. Jag kan inte allt om varför men det har till stor del med det extremt höga Q-värdet i kristallen att göra.
 

SM4HFI

Well-Known Member
Jag byggde kristalloscillator när SK4MPI bytte frekvens för drygt 20 år sen och fick då rådet att först bygga ett snyggt filter och sedan knyta ihop slingan och få det att svänga på samma frekvens som filtrets centerfrekvens, dvs ha rätt fasläge på återkopplingen. Det sitter även en amplitudbegränsare i återkopplingen bestående av två parallella motriktade schottky-dioder. Det blev ganska bra... Det var övertonskristall 5:e övertonen tror jag, på halva bärvågsfrekvensen = 72,206 MHz och med kristallen i serieresonans. Schemat finns i en QTC där jag berättade historien om MPI men nog inte beskrev så i detalj injusteringen, bör ha varit nov 2017 i samband med 50-årsjubileum.
Med flera hundra volt över anslutningarna måste väl kristallen gå i parallellresonans.
/Jan
 
Top