[SVNKz 3]

Собрал макет кварцевого генератора на ТД из тех деталей что в наличии. Наиболее сложно было приобрести ТД... Ранее на ТД кварцевые генераторы не собирал, было любопытно собрать "чтоб работало".

Если цель работы " собрать чтоб работало", то цель, вероятно, достигнута.

Для полноты рекомендуется начать с практического измерения характеристик диода.

Схема измерения проста. Параллельно диоду подключается резистор с сопротивлением на 10%, приблизительно, меньше паспортного значения отрицательного сопротивления диода. Диод и резистор располагаются рядом на печатной плате - монтаж не навесной. Далее миллиамперметр и милливольтметр включаются последовательно и параллельно, соответственно. Сопротивление диода в каждой точке характеристики диода расчитывается аналитически для параллельного соединения сопротивления и эквивалентного сопротивления диода. Изменение тока через диод и сопротивление регулируется переменным резистором.

Изменено 6 мая, 2015 пользователем VNS

[vhk 1]

Для полноты рекомендуется начать с практического измерения характеристик диода.

Можно измерить характеристики диода, но вопрос о применении в схеме генератора.

В генераторе германиевый диод ГИ305А. Напряжение на аноде диода 80 мВ постоянного напряжения.

Возможно ниша применения генератора на германиевом ТД это питание от "очень малого" напряжения.

В опыте ранее применял арсенид галлиевый ТД АИ301Г. Напряжение "постоянки" на аноде было 0,5 В.

Изначально, в Вашем сообщении о преимуществах генератора на ТД речь шла о минимуме деталей.

 

[Reanimatorr 1]

Он её, стабильность, уже получил.

 

Не похоже. И резонатор включен так, что от схемы многое зависит, и развязка вызывает недоверие, от нагрузки может быть зависимость. Где гарантия того, что измеряется долговременная стабильность самого резонатора, а не окружения?

 

Хорошо что вы меня понимаете!

Я все пытаюсь дождаться, закончите ли вы анализ первичной схемы.

Статьи, которые вы привели изучу.

 

Я даже попробую немного расширить задачу.

Схема из первого сообщения хороша тем, что работает с любым резонатором. Туда суют все что попадет под руку.

Есть версии для гармониковых резонаторов с дополнительным LC контуром. Работает до 100 МГц.

Предлагая другую схему не забудьте об ограничениях - на каких резонаторах она будет работать?

 

Расширение №2.

С помощью этих возбудителей я мерял ТЧХ.

Результаты неплохо согласуются с измерением ТЧХ в специализированных установках по МЭК444 (погрешность ~1-2 ppm).

Естественно, генератор подвергается температурному воздействию. Можно включить в анализ и этот фактор.

Еще интересное наблюдение - от вида возбудителя зависит поворот ТЧХ.

 

 

HEX

Можете более подробно, "для последнего ряда", пояснить как вы измеряете частоту последовательного резонанса?

(я не настолько опытен в аналоговой схемотехнике, с первой попытки не понимаю)

[rloc 57]

Я все пытаюсь дождаться, закончите ли вы анализ первичной схемы.

Резонатор неудачно взял, со слишком высокой добротностью, для симуляции не совсем удачный и время для счета оказалось большим. Как следствие - невысокая точность счета и высокая погрешность оценки стабильности. Разбираюсь с этим по мере появления свободного времени.

Несколько слов по поводу первой схемы. Она проста и стабильна, но с некоторыми оговорками. Для частотной стабильности, сопротивления источника и нагрузки (выход и вход логического элемента) должны так трансформироваться, чтобы вносить внутрь резонансного контура как можно меньшее сопротивление относительно эквивалентного сопротивления потерь (ЭСП) резонатора. По-другому - надо уменьшать коэффициент связи. В самом простом случае, для согласования по входу и выходу резонатора ставят емкости на землю (известный способ). Сразу оговорюсь, речь идет не о нагрузочной емкости рекомендованной производителем, относительно которой идет расчет емкостей в даташите на SN74LVC1GX04, и определяющей итоговую частоту. Номиналы согласующих емкостей выбирают достаточно большими, чтобы на резонансной частоте обеспечить низкое сопротивление 1/(2*pi*f*C), чтобы не позволить большим сопротивлениям источника и нагрузки включиться в контур. Так, например, по схеме из первого поста получается, что емкости 10 пФ и 33 пФ на частоте 20 МГц имеют модуль сопротивления, равный соответственно около 800 Ом и 240 Ом. По размерам кристалла ЭСП навскидку должно быть в диапазоне 40-80 Ом (основная гармоника), из чего следует, что нагрузочные емкости позволяют источнику и нагрузке включаться (трансформироваться) в контур с достаточно большими сопротивлениями, сильно снижая нагруженную добротность и уменьшая частотную стабильность. С увеличением емкостей сразу и проявятся сложности с логическим элементом - выход, имеющий относительно низкое сопротивление (как выяснили - в среднем 20-30 Ом для небуферизованной логики), окажется худо-бедно согласованным, чего нельзя сказать о входе, его высокое сопротивление приведет к плохому согласованию и, при отсутствии дополнительных согласующих звеньев, к потерям. С учетом того, что при малом коэффициенте связи на резонаторе и так много теряется (неизбежные потери), коэффициента усиления логического элемента может не хватить для компенсации всех потерь. Reanimator++, можете попробовать провести эксперимент, и увеличить номиналы этих емкостей. К этому следует добавить, что схема работает с самоограничением - это приводит к большим изменениям выходного сопротивления (видели по графикам) и "гулянию" коэффициента связи выхода, что также не способствует частотной стабилизации.

Мостовые схемы не стал широко раскрывать, там вопрос о коэффициенте включения решается достаточно красивым способом. Останавливает только отсутствие безусловной стабильности, нужно внимательно следить за побочными резонансами. Для стендового оборудования, включил и померил, - не самый легкий вариант.

Reanimator++, чуть позже приведу наиболее подходящий для вашего случая вариант, известная схема, не сложно догадаться с учетом вышесказанных замечаний. Она также проста и на основной гармонике не требует резонансных элементов, а при случае, легко сделать и на гармониках.

 

Статьи, которые вы привели изучу.

Они достаточно сложны для понимания и повторения, в рамках данной темы лучше не рассматривать. Там речь о резонаторах с добротностью 2-3 млн. и как их с наибольшей выгодой использовать. Резонаторы, рассматриваемые в данной теме, как минимум на порядок хуже, овчинка выделки не стоит. А вот книгу, которую приводил ledum, интересно почитать, в ней поднимаются вопросы о коэффициенте включения, чего нельзя встретить в другой литературе или увидеть как акцентируется внимание на этом моменте.

 

Результаты неплохо согласуются с измерением ТЧХ в специализированных установках по МЭК444 (погрешность ~1-2 ppm).

Согласитесь, на 100 резонаторов не напасешься такими установками? Безусловно не мешает ими обзавестись, эквивалентные параметры резонаторов нужно измерять.

[НЕХ 7]

Можете более подробно, "для последнего ряда", пояснить как вы измеряете частоту последовательного резонанса?

как-бы частотомером (встроенным в осциллограф :rolleyes: )

для этой мостовой схемы, параллельная ёмкость обкладок резонатора не имеет большого значения.

ничтожный сдвиг имеется - оцените вносимое сопротивление обкладок на резонансной частоте по сравнению с последовательным сопротивлением резонатора (десятки Ом)

в той схеме амплитуда напряжения весьма невелика, но амплитуда тока ощутима и контролируема.

ОУ с токовой обратной связью, к тому же, сам имеет низкое входное сопротивление на инвертирующем входе (а ля схема с общей базой) - 10-20 Ом

Внесение дополнительной ёмкости, параллельно резонатору, не приводит к ощутимому сдвигу...

Схема подбирает автоматически коэффициент усиления для возникновения генерации.

[rloc 57]

ОУ с токовой обратной связью, к тому же, сам имеет низкое входное сопротивление на инвертирующем входе (а ля схема с общей базой) - 10-20 Ом

Не повлияет ли смещение по напряжению входа CFA на оценку сопротивления резонатора?

[rudy_b 4]

На самом деле, зависимость добротности кварцевого резонатора (вкупе с генератором) от сопротивления источника сигнала весьма слабая. И это связано с тем (открываю страшный секрет!), что общепринятая эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора не имеет ничего общего с реальностью. И не нужно сразу закидывать меня гнилыми помидорами - это действительно так, но, почему-то, об этом не сказано нигде.

 

Простой пример. Пусть вы питали кварц на его частоте последовательного резонанса в течении длительного времени, а, затем, резко оборвали цепь питания. Что произойдет? По эквивалентной схеме его частота должна резко измениться (в контур последовательно включилась параллельная емкость). Но неужели вы думаете, что механически раскачанный кристалл мгновенно изменит частоту своих колебаний? Или его колебания мгновенно прекратятся (если забыть о паразитной параллельной емкости)? И т.д. и т.п.

 

Основная ошибка такова - по эквивалентной схеме при последовательном резонансе ВЕСЬ ток контура протекает через источник сигнала. Это не так, ток контура замкнут в самом кварце, через источник сигнала протекает мизерная его часть. Именно поэтому сопротивление источника слабо влияет на добротность.

[rloc 57]

И это связано с тем (открываю страшный секрет!), что общепринятая эквивалентная электрическая схема кварцевого резонатора не имеет ничего общего с реальностью.

Пора подавать заявку в Нобелевский комитет.

[Reanimatorr 1]

Согласитесь, на 100 резонаторов не напасешься такими установками? Безусловно не мешает ими обзавестись, эквивалентные параметры резонаторов нужно измерять.

Установки имеются, это распространенный продукт.

Строятся они просто - ставится анализатор цепей, оптимизированный под работу с резонаторами, от него на конце кабелей согласующий 4-полюсник (в соответствии с МЭК), к 4-полюснику подключаются резонаторы.

Резонаторы набираются в карусель, карусель крутится внутри термокамеры. За сутки меряет до 500 штук.

Есть модели с электронной коммутацией.

 

Там другая проблема - разрешающая способность этих машин по температуре. Она выходит на температурную точку, делает выдержку и последовательно промеряет изделия. Затем на следующую точку. Соответственно итоговая картинка ТЧХ имеет 10-20 точек.

 

Я же могу мерить частоту одновременно для всех изделий и не задерживаясь на конкретной температуре (используется медленный рост).

В результате на графике у меня ~17 тыс точек. И там видно интересные явления. Называются они немонотонность и микроскачки.

Немонотонность ТЧХ резонатора на первой картинке - эти всплески при съемке по точкам не видно.

Микроскачок на остальных картинках. Это термокомпенсированный генератор. ТЧХ по точкам и непрерывная. Отдельно крупно проблема.

Это, кстати, признанная проблема, от таких скачков ракеты падают.

Возникает микроскачок из-за дефектов изготовления резонатора, на определенной температуре паразитные моды колебаний могут вырасти по амплитуде и происходит перескок частоты генерации. А затем возврат.

 

В общем, измерять ТЧХ нужно. И нужно делать это качественно.

 

 

По поводу согласования я вас понял. Пошел читать про коэффициент связи.

По поводу эксперимента с емкостями не до конца. Понаставить разных емкостей я могу, но что именно измерять?

 

 

HEX

Т.е. ваша схема это тоже кварцевый генератор. Можете пояснить как она работает? Или тыкнуть в книжку с ближайшим аналогом.

Или отделить лишние элементы и нарисовать только генератор.

Почему вы уверены что генерация происходит строго на частоте последовательного резонанса?

(обсуждение про 8-9-й знак, а осциллографом вы увидите 4-5-й...)

[Myron 0]

И там видно интересные явления. Называются они немонотонность и микроскачки. Немонотонность ТЧХ резонатора на первой картинке - эти всплески при съемке по точкам не видно. Микроскачок на остальных картинках. Это термокомпенсированный генератор. ТЧХ по точкам и непрерывная. Отдельно крупно проблема. Это, кстати, признанная проблема, от таких скачков ракеты падают. Возникает микроскачок из-за дефектов изготовления резонатора, на определенной температуре паразитные моды колебаний могут вырасти по амплитуде и происходит перескок частоты генерации. А затем возврат.

Непонятна постановка задачи.

1. Если скачки из-за технологии производства кристаллов - надо работать над технологией.

2. Если скачки из-за измерительного оборудования - надо работать над улучшением этого оборудования

3. Если скачки из-за процедуры измерения (например, из-за скорости изменения температур) - надо работать над этим

4. Если скачки из-за возможной комбинации сказанного выше - надо по шагам проверить и отсеять малозначимые и работать над тем, чтобы минимизировать вклад главных.

 

По вашему объяснению вам ясно, что скачки из-за технологии производства кристаллов. Тогда зачем работать над улучшением измерительного оборудования? Это не изменит поведение кристаллов.

[Reanimatorr 1]

Смысл в том, чтобы отделить мух от котлет. В любой технологии всегда есть % брака. Задача - поставить потребителю 100% годное протестированное изделие.

 

[SVNKz 3]

...Простой пример. Пусть вы питали кварц на его частоте последовательного резонанса в течении длительного времени, а, затем, резко оборвали цепь питания. Что произойдет? По эквивалентной схеме его частота должна резко измениться (в контур последовательно включилась параллельная емкость). Но неужели вы думаете, что механически раскачанный кристалл мгновенно изменит частоту своих колебаний? Или его колебания мгновенно прекратятся (если забыть о паразитной параллельной емкости)? И т.д. и т.п. ...

Механически раскачанный кристалл имеет некоторое количество запасённой энергии, которое после обрыва цепи питания будет рассеиваться в самом кристалле и на балластной нагрузке в виде цепи согаласования и паразитной параллельной ёмкости. Частота колебаний действительно "мгновенно" изменится, если только до момента отключения цепи питания частота возбуждения отличалась от его собственной механической резонансной частоты.

 

[НЕХ 7]

Сравнивали между собой ёмкости эквивалентной схемы ?

Пара порядков... Что хочется увидеть на разомкнутом кварце теперь ?

Другое дело - короткое замыкание !

В моей схемке это можно наблюдать в режиме обрыва положительной ОС.

Затухающие колебания - способ оценки добротности.

 

Для резонатора не SC-среза погрешность от градиента температуры гораздо значимей самой температуры...

 

Хорошие ссылки указаны даже в википедии -

http://en.wikipedia.org/wiki/Butler_oscillator

[Myron 0]

Смысл в том, чтобы отделить мух от котлет. В любой технологии всегда есть % брака. Задача - поставить потребителю 100% годное протестированное изделие.

Это мне напоминает известный толковый словарь:

- Сепульки - см. сепулькарии

- Сепулькарии - см. сепульки

[Georgy 0]

Если есть хороший осциллограф с функцией послесвечения и большой памятью, вмещающий больше миллиона отсчётов (периодов колебаний) в развёртке, посмотреть на нестабильность в хвосте осциллогаммы проще всего. Плохой кварц размажет вертикальную часть синусоиды, чем ближе к началу развёртки тем хуже стабильность.