Quarzoszillatoren erklärt

Wir haben viel über Oszillatoren gelesen, aber Quarzoszillatoren scheinen ein Rätsel zu sein. In Hobby-Büchern heißt es oft: „Baut so einen Schaltkreis und spielt dann damit herum, bis er schwingt.“ In technischen Texten geht es oft um Schleifenverstärkungen, die Praxis ist jedoch nicht ganz klar. Ein [Circuit Digest]-Beitrag, der eine Serie über Oszillatoren fortsetzt, bietet eine gute, praktische Behandlung des Themas.

Kristalle haben eine natürliche Resonanzfrequenz und schwingen bei richtiger Anregung mit dieser Frequenz oder einem Vielfachen davon. Der Trick besteht natürlich darin, die richtige Anregung zu finden.

Der Beitrag beginnt mit einem Grundmodell eines Kristalls mit einer Reihenkapazität und -induktivität sowie einem Widerstand. Es gibt auch einen Shunt- oder Parallelkondensator. Wenn Sie einen Quarz bestellen, geben Sie an, ob die Resonanzfrequenz im Serien- oder Parallelmodus erfolgen soll – d.

Wenn Sie die übliche Resonanzformel auf das Modell anwenden, werden Sie feststellen, dass es einen Nullpunkt und einen Spitzenwert gibt, die den beiden Resonanzpunkten entsprechen. Der Einbruch ist die Serienfrequenz und die Spitze ist die Parallelfrequenz. In einem kürzlich veröffentlichten Beitrag zum Analog Discovery 2 können Sie tatsächlich eine Spur für einen echten Kristall erkennen. Das stimmt ziemlich gut mit der Mathematik überein, wie Sie rechts sehen können.

Sie fragen sich vielleicht, ob Sie auf einen Kristall verzichten und einfach die Komponenten des Modells verwenden könnten. Theoretisch ja. Aber das Q – das Verhältnis von Reaktanz zu Widerstand – wird viel niedriger sein als bei einem Kristall. Ein Quarz ist außerdem stabiler als typische Widerstände, Kondensatoren und Induktivitäten, weshalb er dort eingesetzt wird, wo eine tatsächlich genaue Frequenz benötigt wird. Aufgrund des hohen Q eignen sich Quarze auch für Schmalbandfilter.

Es gibt mehrere gängige Oszillatorarchitekturen, und ein typisches Entwurfsverfahren besteht darin, mit einer zu beginnen und die erforderlichen Werte zu berechnen. Der Beitrag befasst sich mit einem Colpitts-Oszillator. Sie können einen Colpitts-Oszillator normalerweise daran erkennen, dass er mit C beginnt und die Rückkopplungsschleife über einen geteilten Kondensator verfügt (im Gegensatz zu einer angezapften Induktivität). Der Beitrag befasst sich auch mit dem Pierce-Oszillator und mehreren digitalen Oszillatoren. Allerdings geht der Beitrag nicht darauf ein, die Designberechnungen tatsächlich durchzugehen. Es sind jedoch immer noch viele gute Informationen. Wenn Sie einen invertierenden Verstärker vorspannen können, sollte es losgehen.

Sie können einen Kristall testen, indem Sie ihm eine Resonanzfrequenz injizieren. Wir haben auch gesehen, wie SDRs zu Testzwecken in Dienst gestellt wurden.