Oscillatorfrequentie

Niet zoveel, omdat maar een heel kleine frequentieverandering nodig is om dit door de kristalimpedantie te laten compenseren.

Wat de faseverschuiving in de tor betreft, dat valt nog niet mee.
Er is inderdaad nauwelijke verschuiving tussen emitter en basisspanningen.
Maar de basis vertoont zich bij hogere frequenties (bij een BF199 speelt dat op 6MHz allang, blijkt) wel zwaar capacitief. Die faseverschuiving is toch wel belangrijk in het hele spul.
Kortom, ik werk nog aan het plaatje.

Qua netwerk is het niet zo moeilijk: de emitterspanning ziet een parallel-C naar aarde, en daarna een C-L netwerk richting basis. De basis zit aan de "hoogohmige" kant van dit netwerk, zodat de spanning daar iets (of veel ) hoger kan zijn dan wat de emitter leverde.
De L kan een losse spoel zijn, of het kristal in zijn inductieve gebied. Of een losse L en C, zoals in de Clapp.

Ga je nu "van dichtbij" kijken, dan zie je vrij wat vervorming. De basisspanning zwaait in jouw schema iedere keer boven de 5V uit, zodat de tor eventjes in verzadiging komt (de basis-collectordiode geleidt even). Dat beperkt de amplitude, zodat die niet verder kan stijgen.

_{Nog even over parallelresonanatie van het kristal (waarmee ik het blokje kwarts PLUS de aansluitvlakken bedoel). Onder parallelresonantie is de stroom in de serietak niet minimaal, maar dat geldt óók voor de stroom in de spoel van een simpel LC parallel netwerk.
Maar de stroom in de aansluitpootjes van het kristal is dan wèl minimaal. Net als de stroom naar de LC parallelkring.
Vandaar dat ik al eerder opmerkte: voor de kringstroom staan de componenten van een parallelkring ook in serie.. het is de aansluiting naar buiten toe waar het om gaat.}

Ah, bedankt!

Het klopt idd dat hij boven de 5V uit slingert, omdat m'n BF949 tor kapot was gegaan had ik hem vervangen voor een simpele BC550. Resultaat:

Niet echt mooi dus, dit is de 580 kHz kristal. Vervang ik het kristal voor een 3655,55 kHz kristal krijg ik dit verloop:

Nu lijkt hij niet vast te lopen, grappig ... . Dit kristal heeft blijkbaar een wat minder goede versterking.

Grappig hè, zo'n "sinusgenerator". Boeh, wat een golfvormen kun je soms tegenkomen. Leuk, die foto's.

Al spelend met die Clapp word ik wel weer teruggeworpen op de eerste beginselen. Neem nog eens het netwerk van emitter naar basis; dus: emitter, c naar aarde, c naar basis, LC-kring (of kristal) naar aarde, basis.
De uitgangsspanning van dat netwerk (dus de spanning naar de basis) is nagenoeg in fase met de ingangsspanning (dus van de emitter).

Maar in jouw voorbeeldschema op 6MHz (en een BF199) zit er bijna 60 graden faseverschil tussen in- en uitgangsstroom van het netwerk. De uitgangsstroom "ijlt voor" bij de ingang.
Dat komt doordat de basispoot van de tor een capaciteit naar aarde vertoont aan het signaal, en de frequentie zich toch zó instelt dat de totale fase, rondgaand, nul is.
Alweer geldt: met een kristal met hoge Q is dat een kwestie van een heel kleine frequentieverschuiving.

Dat moet ook zo zijn, natuurlijk; maar meestal kijken we alleen naar de spanningen en dan lijkt alles zo logisch.

Dit te simuleren is best lastig. Eigenlijk zou je de lus open willen maken en er een AC bronnetje in zetten, maar de basisimpedantie hangt af van wat er aan de emitter hangt - zodat hij daar eigenlijk niet los kan - èn de fasedraaiing van het netwerk hangt af van wat dáár aan hangt - zodat de basis eigenlijk niet los kan. Dus daar zit je dan.

Met transient analysis krijg je de boel wel draaiend, maar dàn zijn het geen mooie sinussen meer - vooral de stromen niet. De basisstroom is erg vervormd.

Kortom, je hebt me weer aardig bezig gehouden! ;)

Op 8 februari 2009 20:05:39 schreef Frederick E. Terman:_{Nog even over parallelresonanatie van het kristal (waarmee ik het blokje kwarts PLUS de aansluitvlakken bedoel). Onder parallelresonantie is de stroom in de serietak niet minimaal, maar dat geldt óók voor de stroom in de spoel van een simpel LC parallel netwerk.
Maar de stroom in de aansluitpootjes van het kristal is dan wèl minimaal. Net als de stroom naar de LC parallelkring.
Vandaar dat ik al eerder opmerkte: voor de kringstroom staan de componenten van een parallelkring ook in serie.. het is de aansluiting naar buiten toe waar het om gaat.}

_{ssst. we gaan fluisteren?
Kun je dat ook simuleren? Bij alle oscillatoren die ik tot nu toe in SPICE heb gestopt is de stroom door de Cp-tak slechts 0-20% van de L-tak. Als ik een Collpits tot het volle push kom ik tot wellicht 50%, maar of dat in werkelijkheid nog werkt vraag ik me af. Door de aansluitpootjes loopt dan toch het grootste deel van de stroom. Heb jij hiervoor een geschikte oscillator gevonden waarbij de pinstroom minimaal is?}

Op 8 februari 2009 21:57:40 schreef Frederick E. Terman:
Dit te simuleren is best lastig. Eigenlijk zou je de lus open willen maken en er een AC bronnetje in zetten, maar de basisimpedantie hangt af van wat er aan de emitter hangt - zodat hij daar eigenlijk niet los kan - èn de fasedraaiing van het netwerk hangt af van wat dáár aan hangt - zodat de basis eigenlijk niet los kan. Dus daar zit je dan.

Misschien niet helemaal wat je bedoelt, maar dit is wat kan.
* Haal het kristal weg (Cp laten zitten) en verbind daar een stroombron in serie met een weerstand R en een spoel L.
* Neem R=100, L=1nH en Icur=Ixtal (b.v. 1mA) om te beginnen.
* Plot een AC sweep rondom de werkfrequentie van de load (Vcur/Icur).
* Verhoog de L tot de fase 0 graden is van Vcur (= fase Vcur/Icur in LT-SPICE)

Stel je ziet Vcur/Icur = 57.3 Ohm en L = 7.645uH
De load die het kristal ziet is dan:
Rneg = 100 - 57.3 = -43.7 Ohm
in serie met
C = 33.1pF (resonant met 7.645uH op 10MHz)

Ik heb nog niemand gesproken die zegt dat dit niet correct is. En het blijkt dat pas als Rneg groter wordt dan de kristal Rs, dat dan ook oscillatie kan optreden. Theoretisch zou de in-circuit Q hoger kunnen zijn dan unloaded Q als de Rneg precies wordt afgestemd. Over dat laatste zou ik graag wat literatuur willen lezen.

Op 8 februari 2009 21:57:40 schreef Frederick E. Terman:
Grappig hè, zo'n "sinusgenerator". Boeh, wat een golfvormen kun je soms tegenkomen. Leuk, die foto's.

Al spelend met die Clapp word ik wel weer teruggeworpen op de eerste beginselen. Neem nog eens het netwerk van emitter naar basis; dus: emitter, c naar aarde, c naar basis, LC-kring (of kristal) naar aarde, basis.
De uitgangsspanning van dat netwerk (dus de spanning naar de basis) is nagenoeg in fase met de ingangsspanning (dus van de emitter).

Maar in jouw voorbeeldschema op 6MHz (en een BF199) zit er bijna 60 graden faseverschil tussen in- en uitgangsstroom van het netwerk. De uitgangsstroom "ijlt voor" bij de ingang.
Dat komt doordat de basispoot van de tor een capaciteit naar aarde vertoont aan het signaal, en de frequentie zich toch zó instelt dat de totale fase, rondgaand, nul is.
Alweer geldt: met een kristal met hoge Q is dat een kwestie van een heel kleine frequentieverschuiving.

Dat moet ook zo zijn, natuurlijk; maar meestal kijken we alleen naar de spanningen en dan lijkt alles zo logisch.

Dit te simuleren is best lastig. Eigenlijk zou je de lus open willen maken en er een AC bronnetje in zetten, maar de basisimpedantie hangt af van wat er aan de emitter hangt - zodat hij daar eigenlijk niet los kan - èn de fasedraaiing van het netwerk hangt af van wat dáár aan hangt - zodat de basis eigenlijk niet los kan. Dus daar zit je dan.

Met transient analysis krijg je de boel wel draaiend, maar dàn zijn het geen mooie sinussen meer - vooral de stromen niet. De basisstroom is erg vervormd.

Kortom, je hebt me weer aardig bezig gehouden! ;)

Haha, ja leuk hè . Ik heb iig weer heel wat geleerd, super bedankt!!

Ik ga morgen nog eens verder spelen @jojo, en je tip uitproberen.
Een "zuivere" parallelresonantie is lastig zolang je in- en uitkoppelelementen reactief zijn.
Als je een Franklin oscillator maakt met, in plaats van condensatortjes van en naar de kring, weerstanden, dan krijg je een "zuivere" parallelresonantie.

Zal ik het makkelijker maken in deze "strijd der titanen". Jullie tekenen het schema en simuleren dat op jullie electronische martelwerktuigen dan ik zet het op de ouderwetse pijnbank zodat jullie theorie met praktijk kunnen vergelijken. Ik kan aardig netjes HF bouwen dacht ik en heb wel wat meetspeelgoed (scopen, (oa voor differentiaal meten) SA, SNA). Als jullie zeggen wat je waar gemeten wil hebben zal ik dat uitvoeren.

altijd leuk om praktijk en theorie met elkaar te vergelijken.

Met een Franklin oscillator kom ik inderdaad verder in de verhouding van de stroom door Cp / Lm. Vanavond zal ik eens kijken hoe ver ik dit kan pushen. Gisteren laat zat ik al op iets meer dan 70%.

Het hele probleem is natuurlijk dat in de parallelresonantie, àlle parallel-C meedoet. Dus de "houdercapaciteit", maar ook alles wat je eraan hangt.

Ik heb hier nog een voorbeeld van een soure-coupled oscillator. Hier hangt er zo weinig parasitaire C aan dat beide takken praktisch gelijke stromen nemen.

Fred, het is niet makkelijk in de praktijk aan een kristal te meten hoor. De stromen in serietak en houdercapaciteit zijn niet afzonderlijk beschikbaar.

Ach, wanneer doe ik iets makkelijk als het moeilijk ook kan maar als het puur een theoretisch niet meetbaar verhaal is wordt het natuurlijk lastig. Leek me wel leuk net als toen met die stand-by ontvanger. Een hele discussie over dat hij niet kan werken en dat blijkt ie dan toch te doen. Houder capaciteit kan misschien gemeten worden, inductie berekent , verder alles aan elkaar solderen en aan een touwtje in de lucht hangen ?

FET: Ik heb een pdf (artikel uit tijdschrift)met een verhaal over een wunderhorn achtige oscillator, volgens mij zoiets als in jou pdf waarbij het ding ontleed wordt en getest van KG tot in de GHz. Wil je een copy

Oh, dat lijkt me erg leuk om te lezen. Graag dus. Of misschien kun je hem hier posten?

zit in de mail.

FET, die schakeling doet het goed. Met wat realistischer waarden voor een kristal (Cp = 4.1pF) komt ik tot 92% van de stroom door Cp. Niet slecht, dat durf ik best paralleloscillatie te noemen. Dan heb ik wel de feedback cap tot 0.3pF verkleint en ook een 0.3pF toe moeten voegen naar de gate.

Even wat typical values (bron ValpeyFisher):
Rs: 20-80 Ohm
Cm: 3-15 fF
Lm: 0.5-500 mH
Cp: 2.5-6.5 pF

Mijn 10MHz test kristal heb ik gemeten als Rs=10.5, Cm=19.3fF, Lm=13.13mH, Cp=4.11pF

Nou, dan hebben we denk ik alle ins en outs van serie vs. parallelresonantie wel boven water denk ik.
Ja, die waarden, ik denk: ik begin maar ergens

Net zo'n soort verhaal heb je natuurlijk voor serieresonantie ook. Daar hangt het kristal vaak ook een beetje scheef om de andere reactanties te compenseren.

Zou je van jouw bron-op-plaats-van-kristal tip een plaatje kunnen maken? Want ik merk dat ik je niet begrepen heb, en het klonk toch interessant.

@Fred, schema ontvangen. Leuk! Toevallig precies het schema waar ik hier mee werkte.

Dit is het idee om de load te meten in SPICE. De huidige verbindingen is voor normale operatie.

Voor load meting knip ik rechts van het kristal-kader de verbinding weg. Daarna leg ik vanaf de top van L3 een verbinding naar de top van C3.

C3 is de kristal Cp, die laat ik zitten omdat ik die ook als load zie. R9, R12 zijn er alleen om SPICE niet te laten klagen dat er een verbindinkje mist als ik snel wissel.

De AC sweep plot die ik maak is van V(i)/I(I1). Met de cursor op de werkfrequentie "tune" ik L3 tot de fase 0 is of 180 afhankelijk van de polariteit van de current source. Je ziet het ook aan de dip in V(i) als je die mee plot. Pas trouwens ook op dat de serie weerstand groot genoeg is. Mocht Rneg > -100 ohm zijn, dan valt dat niet direct op. Dan moet je R15 verhogen.

De fase is hier minimaal (25 milligraad)
Rneg = 73 -R15 = 73 - 100 = -27 Ohm
Verhoog ik nu de kristal Rs naar 30 dan oscilleert het niet meer. Maak ik hem 25 dan weer wel. Mooi he?
FET (of een andere lezer natuurlijk), weet jij wat nu de loaded Q bepaalt? Mag ik ABS(Rs+Rneg), dus ABS(10.5-27) = 16.5 als basis voor de loaded-Q nemen, samen met Lm en Cm natuurlijk?

Dank je @jojo, dat is heel volledig.
Maar dat wordt weer een lunchproject, zo te zien. Ik ga er morgen met plezier mee aan de gang.

Nog even voor de meekijkers die zich afvragen waarom ik zo moeilijk doe met SPICE. Ik weet niet van een ingebakken manier om een negatieve, complexe impedantie te "meten".
Dus maak ik een positieve, reële impedantie van de load zoals het kristal die ziet.

Dat doe ik door er genoeg serieweerstand voor te zetten (die 100 Ohm of meer indien nodig). Hiermee wordt het reële deel al weer positief. Achteraf trek ik die 100 er weer vanaf.

Om dan de load zuiver ohms te krijgen zet ik er een spoel mee in serie die het geheel resonant maakt op de werkfrequentie. Je kunt dan terugrekenen wat de capaciteit van de load moet zijn bij die frequentie.

Yeaeaeah! It Verks!
Wat ik eigenlijk bedoelde was de rondgaande complexe versterking vinden, maar dit is ook heel leuk.
In Simetrix blijkt het vrij makkelijk te gaan. Ik hoef geen resonantie te zoeken (exit spoel) en hij blijft ijskoud bij negatieve weerstand (exit extra weerstand). Ik kan gewoon de frequentie sweepen en de Nyquist spanning aflezen.

Maar nog leuker is het, zelf een curve te definiëren. Zie plaatje: de ene curve is gewoon reeel(spanning/stroom), de andere is imaginair(stroom/spanning) en dan gedeeld door 2 pi maal frequentie.
Het geinige is, dat de sim dan zèlf herkent dat je dan de dimensie van capaciteit hebt; hij zet dus zelf 'pF' bij de schaal.

Het schema is niet helemaal hetzelfde, vandaar de iets andere waarden.
Hoe het nu zit met de maximale Q is een andere vraag..

Ik hoop dat we TS niet hebben weggejaagd?

Kewl
Die Re() en Img() functies kende ik nog niet. Vanavond ook maar eens uitproberen. LT-SPICE lijkt ze ook te ondersteunen.

Op 10 februari 2009 16:28:52 schreef Frederick E. Terman:
Ik hoop dat we TS niet hebben weggejaagd?

Haha, Nee ... ik zit druk te luisteren. Zie aan SPICE dat jullie druk aan het simuleren zijn met het vervangingsschema van een kristal. Kan het oppvervlakkig volgen, kan het wiskundig ook een beetje volgen maar met negatieve impedantie enzo rekenen is voor mij nog een beetje lastig (6VWO).

Wat is Q-load? Wat wordt daarmee bedoeld?

Het is me nog een beetje verwarrend, maar in LT-SPICE is iets dergelijks dus ook mogelijk. Alleen komt er geen "pF" en "uH" maar "pOhm-1/Hz" en "uOhm/Hz" achter te staan...
Ook is het teken een beetje vreemd. Als ik aan de plot settings rommel is het soms even negatief, met name bij de condensator als load. En anderom ook wel weer eens positief (bij een negatieve weerstand).
Maar als het eenmaal goed staat scheel het wel lekker veel tijd. Je kunt dan bijvoorbeeld met de twee condensatoren van een Colpitts spelen en de feedback aanpassen zonder mijn re-tune iedere keer te moeten doen.

FET bedankt voor de tip. Ik heb trouwens de C (en L) formules voor het plotten kunnen opslaan als user-defined functions imagc() en imagl(). Handig voor later.

Peter, de Q van een L/C kring wordt mede bepaalt door de eigen weerstand. Maar hang je het in een circuit, dan speelt de belasting ook mee. Bij een kristaloscillator kan de loaded-Q of ook wel "in circuit Q" genoemd aardig inzakken ten opzichte van de unloaded Q. We hopen met de simulatie nu beter te kunnen voorspellen hoe groot het effect is bij een bepaalde schakeling.

Ik mis alleen een beetje theorie of veel negatieve weerstand net zo Q verlagend is als positieve weerstand. Mag je de aanwezige Rpos en Rneg straffeloos optellen? En mogelijk nog mooier, kun je met goed uitkienen de loaded Q zelfs hoger maken dan unloaded?

Even vooropgesteld dat ik dit vreselijk interessant vind maar hier niet veel van weet toch een opmerking/vraag. Je schrijft dat een negatieve weerstand de Q verlaagd. Ik dacht dat bij een 0V1 de selectiviteit groot werd doordat de kring door het bijna gerereren met een negatieve weerstand wordt belast ? Daardoor werd de belaste Q beter dacht ik.

Is een negatieve weerstand het imaginaire deel van R-jX, de jX dus en dus capacitief ? Zo ja hoe zorgt een bijna generende ontvanger dan voor die capacitieve belasting. Als iets niet resonant is dan zijn de fases van de kring niet helemaal gelijk en dat levert dus een hoger capacitief of hoger inductief stuk op lijkt me. Dan zou een positief imaginair component, als dat een positieve belasting is, de Q dus ook moeten verhogen. (Als jullie uitgelachen zijn mag je het best uitleggen hoor )

Nee, negatieve weerstand is gewoon -R, zeg maar. Daar heeft de X niets mee te maken.

Of "teveel" negatieve weerstand de Q verlaagt is niet gezegd, maar wordt gevraagd.
Zelf heb ik daar nooit bij stil gestaan: in bedrijf (van een oscillator) vind ik zelf dat de negatieve weerstand de verliezen net zo ongeveer moet opheffen, dus dat de rondgaande versterking 1 is. Maar uit Q oogpunt heb ik daar nooit naar gekeken.

Wat is negatieve weerstand dan. Geen weerstand is supergeleiding, dat zou absoluut 0 ohm moeten zijn. Negatieve weerstand zal dan wel niet -10 ohm zijn.