Krystal - parallel eller seriel type?

Jeg skal, som nævnt i en anden tråd, i gang med at ombygge en transverter fra 6 meter til 4 meter. Nu er jeg kommet i tvivl om vigtigheden af om krystallet er af parallel eller af seriel type. Jeg har vedhæftet et par billeder af krystal-oscillatoren som jeg håber kan give en ide om typen og eventuelle problemer.

Jeg er også blevet tilbudt et krystal som er ikke er HC49 type men af HC6/U type. Jeg ved fra andre at P.W. Meon konstruktionen kan være lidt problematisk med hensyn til at få oscillatoren til at starte når man tænder for transverteren (dette problem har jeg ikke selv haft), vil det være problematisk at anvende HC6/U typen?

Svar til #1:
Hej Kim,
kredsløbet er en Colpittsoscillator hvor krystallet almindeligvis optræder som en parallelkreds.
Nu står der ikke noget om værdien af L6 som kan være designet til at ophæve krystallets interne serie eller parallelkapacitet.
Med den lave modstand der er monteret i parallel med krystallet kan jeg godt forstå der er problemer med at få det til at svinge, Q'et er helt ødelagt, skal den ikke være 560kohm?.
Du kan roligt bruge et krystal i et andet hus.

Hilsen
Frank

Svar til #1:
I det viste diagram er krystallet af serieresonans typen.

Svar til #1:
Hej Kim

Det er som nævnt et serieresonans krystal du skal bruge. Storno anvendte den samme type oscillator i deres CQM/F9000
Du bør være opmærksom på at hvis du flytter frekvensen meget skal du ændre på L4, C21, C22 og C23 så de har resonans på krystalfrekvensen
Det simpleste er at kortslutte krystallet og måle frekvensen når oscillatoren kører som LC oscillator. Du kan i øvrigt justere oscillatorens frekvens ved at gøre enten spolen eller en af kondensatorerne variabel.

Svar til #4 (og #2, #3):

Tak for info, Svend. Jeg har en beskrivelse af hvilke komponenter som skal ændres (som det fremgår af den vedhæftede fil), så jeg kender nogenlunde proceduren. Men det er jo rart med lidt ekstra info hvis det nu skulle gå hen at drille og her tænker jeg mest af alt på krystal-oscillatoren.

Også tak til Claus, OZ1BPZ, og Frank Pedersen for info, dejligt at nogen gider at hjælpe med info til det lille projekt.. :-)

Jeg skal i øvrigt senere på året i gang med at bygge et lineært PA-trin som skal forstærke fra 500 mW til mindst 20 Watt. Så der skal jeg have fundet et egnet projekt at bygge.

Svar til #5:
Held og lykke med det :-)

Svar til #6:

Jo tak skal du have. :-)

Jeg kan ikke helt se, at det er en Colpitts oscillator som svinger på krystallets SERIEresonans.
Som jeg ser det, svinger den på parallelresonansen.
Seriekredsen (L6 og C21) er vel afstemt til den frekvens, man ønsker at krystallet skal svinge på (her vil den optræde som en kortslutning og hjælpe krystallet til at svinge på den rette (over)svingningsfrekvens).
Umiddelbart synes jeg ogsa at 560 Ohm parallelt med krystallet er meget lidt - en for lille modstand forhindrer oscillatoren i at svinge - med en for stor risikerer man, at krystallet svinger så meget,, at det ødelægger sig selv.

Er jeg helt galt på den ?

/søren/4zat

i min søgen faldt jeg over dette, hvor emnet er grundigt behandlet:
http://bgaudioclub.org/uploads/docs/Crystal_Osc illator_Circuits_Krieger_Matthys.pdf

30.7. se min kommentar i #14

Svar til #8:
Når C eller L er anbragt i serie med krystallet, som på diagrammet så svinger krystallet på serieresonans frekvensen. Jeg undrer mig også lidt over de 560 ohm parallelt med flintestenen men muligvis skal den være der for ikke at lede for meget af signalet gennem krystallet.

Svar til #9:

If a low-impedance load is used across the crystal terminals, the circuit is called series resonant. This low impedance has to include the complete external circuit impedance seen by the crystal, looking at the circuit from the crystal terminals. This includes the output resistance of the drive amplifier, the current-sampling load resistor, and the input resistance of the amplifier’s input.

Svar til #9:
Hej Claus.

Du har nu ikke helt ret - i dette tilfælde er der ganske rigtigt tale om en Collpits oscillator - 100pF kondensatoren indgår ikke i et seriekredsløb, men skal udelukkende forhindre at biasspændingen ikke " kortsluttes af 560 Ohm modstanden over Xtallet - hvis du fjerner modstanden kan du også fjerne kondensatoren. Spolen korrigerer xtalfrekvensen.

Se iøvrigt min artikel i OZ nr. 2/2017 - "Heterodyn VXO" hvor jeg gør rede for anvendelsen af hhv L og C i serie med xtallet.

Vy 73 // Asbjørn

Svar til #10:

http://www.google.dk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&s ource=web&cd=26&cad=rja&uact=8&ved=0ahUK Ewiu1Mb0zbDVAhUCxxQKHQAGCP04FBAWCEwwBQ&u rl=https%3A%2F%2Fbgaudioclub.org%2Fuploa ds%2Fdocs%2FCrystal_Oscillator_Circuits_ Krieger_Matthys.pdf&usg=AFQjCNEOGwPSVgsr 5R36Yru8-rBiruzqvQ

Se side 34 (39 i pdf)

Minimum Crystal Shunt Resistance in Colpitts Circuit

Svar til #12:

Og, nu går jeg ud og snupper en - "kold pils" :-)

Tror at man med fordel kan læse om impedansen i LC-kredse her:
http://da.wikipedia.org/wiki/Elektrisk_svingnin gskreds
og her:
http://en.wikipedia.org/wiki/Colpitts_oscillato r
X-tallets impedans ved serieresonans går mod nul => transistorens base er "kortsluttet" til stel ...Jeg tror ikke,at der vil være meget sving i sådan en oscillator ;-)
/søren/4zat
ps: jeg kan se, at jeg har udtrykt mig uklart i #8 - det jeg mente og mener er, at det er Colpitts-kobling som svinger på X-tallets parallelresonans ~ den frekvens hvor impedansen er høj.

Svar til #1:
Hej Kim, det lyder spændende med dit PW Meon projekt. Jeg har i tidens løb bygget adskillige af disse til både 50 og 70 MHz og bruger fortsat én til at køre 4 meter med.

En enkelt gang har jeg haft problem med at oscillatoren ikke ville starte. Det løste jeg simpelt ved at mindske basismodstand R18 fra 15 kohm til 8,2 kohm. Det giver lidt større strøm - og dermed stejlhed - i oscillator transistoren.

Mht dit spørgsmål om krystallet skal være af serie- eller paralleltypen, så kan man egentlig ikke stille det op på den måde. Der findes ikke forskellige "krystaltyper", idet alle krystaller har både en serieresonans og en parallelresonans frekvens (og faktisk flere af dem op over frekvensområdet). Men det betyder noget, når man skal bestille et krystal hos en leverandør. Man skal jo skal være enige om, hvordan man definerer den frekvens, der er stemplet på krystalhuset.

Resten bestemmes så af selve oscillator opstillingen. Anbringes krystallet imellem basis og stel på en colpitts oscillator, svinger krystallet på en parallelresonans - når denne er defineret med load kapacitet på ca. 30 pF. Anbringes krystallet som i PW Meon, med en seriespole af en vis størrelse og med 560 ohm parallelt, ja, så vil krystallet skulle arbejde på eller tæt ved sin serieresonans.

På mine PW Meon's har jeg lavet forskellige modifikationer af bl.a. forstærkertrin efter mixer samt tiltag for at undgå tendenser til selvsving. Sig til hvis du vil udveksle ideer og erfaringer.

Mvh

Svar til #15:
Hej Ole.

Jeg har experimenteret en del med Colpitts xtaloscillatorer - det overordnede problem er, at der er en alvorlig tendens til at oscillatoren "vælger" grundfrekvensen ved overtonextaller. ( 22MHz er med sikkerhed 3' overtone)

For at forhindre denne tendens -brugte man tidligere en passende spole over xtallet ( lille reaktans ved grundtonen).

Åbenbart er konstruktøren istand til at forhindre xtallet i at svinge på grundtonen ved hjælp af en passende lille modstand (560 Ohm) - 100pF kondensatoren skal blot forhinder ændring af dc arbejdspunktet.

Spolen i serie med xtallet tjener 2 formål - at sænke resonansfrekvensen ned i nærheden af xtallets serieresonans - hvor impedansen er lav + passende finjustering af frekvensen.

73 // Asbjørn

Alle krystaller har både parallel- og serieresonans, det står ikke til diskussion.
Hvis man går ud fra min påstand: at L6 og C21 udgør en serieresonanskreds (C21 er samtidig DC-adskillelse) og oscillatoren skal svinge på 22 MHz, får man at L6 skal have en selvinduktion på ca 0,5 uH.
Denne seriekreds (L6 og C21) vil så have en impedans gående mod nul ved 22 MHz og derved tvinge oscillatoren til at svinge på den ønskede overtone.
mvh
søren/4zat

Svar til #17:

Det er en Colpitts oscillator variant kaldet Clapp oscillator:
http://en.wikipedia.org/wiki/Clapp_oscillator
Citat: "...
The Clapp oscillator is a Colpitts oscillator that has an additional capacitor placed in series with the inductor [krystallets].
..."

-

Der står også noget om serie kontra parallel her:
http://en.wikipedia.org/wiki/Crystal_oscillator #Resonance_modes

CRYSTAL OSCILLATOR CIRCUITS
Revised Edition
Robert J. Matthys
http://www.amazon.co.uk/Crystal-Oscillator-Circ uits-Robert-Matthys/dp/0894645528/
Citat: "...
There is no such thing as a parallel-resonant crystal oscillator. All crystal oscillators operate either at or near (above or below) series resonance.
...
COMPARING THE CIRCUITS
...
Pierce circuits (Figs. 10.9a, d, and g and 10.10a) give outstanding performance. Crystal waveforms are good to very good. The short-term stability is 0.1 ppm, as good as any circuit tested with the exception of the bridge circuits.
..."

Svar til #17:
Hej Søren.

Jeg tvivler på, at spolen L6 kun er på 0,5uH - jeg kan ikke læse mig til hvor mange vdg. den har, men formodentlig ca.10 -- med jernkærne.

Ved at læse om 70MHz option med 42MHz xtal skal vindingstallet på L6 reduceres til 7 vdg.

Selvinduktionen af en spole med 10Vdg 4mmØ med jernkærne er væsentlig større end 0,5uH.

73 Asbjørn

Svar til #19:

L6 har 12 vindinger og i følge vejledningen skal dette reduceres til 7 vindinger (når det skal fungere på 4 meter).

Svar til #20:
Hej Kim.

De 10 vdg var et gæt - jeg har netop viklet en spole med 10Vdg.4mmØ - selvinduktionen er 1,3uH uden jernkærne -- med jernkærne 2,2uH.

Serieresonans 100pf//1,3uH er ca.14 MHz --- og med inddrejet jernkærne
ca.10,7MHz.


73 Asbjørn

Hej Asbjørn og Søren

Serieforbindelsen af L6 og C21 skal ikke have serieresonans på 22 MHz. Som Søren var inde på tidligere, ville det jo betyde at basis blev "kortsluttet" til stel. Derimod skal L6, C21 og krystallet samlet set optræde som en induktiv impedans XL (plus noget parallelmodstand der stammer fra krystal serieimpedans). XL skal netop udbalancere den kapacitive impedans XC, man har ved at "se" ind i basis - C22, C23, Cbe plus et vist omfang fra C25.

C22 og C23 i serie giver ca. 33 pF eller en kapacitin impedans XC på ca. 220ohm. I praksis bliver XC mindre pga. spredningskapaciteter, transistor etc. Lad os sige 170 ohm.

Impedansen af L6 skal dog være højere, idet man ikke helt kan se bort fra tilstedeværelsen af C21. XC for 100 pF på 22 MHz er ca. 70 ohm, hvilket ophæver noget af spolens XL. Impedansen af L6 skal derfor være 170+70, altså 240 ohm. Det svarer til en selvinduktion på 1,2 uH. Ikke langt fra hvad Asbjørn har konstateret.

Jeg har netop målt L6 på en af mine PW Meon'er. Den var 1,12 uH - og med store justeringsmulighed fra jernkernen.

- jeg undskylder den lidt lange udredning over for dem der stod af undervejs.

Mvh

Svar til #15:

Det kan meget vel være at jeg vil det, Ole.

Til alle andre som har bidraget til tråden: Jeg må sige at jeg er ret imponeret over al den respons at mit lille projekt har givet, og jeg har skam labbet i mig af al den information og føler mig bedre klædt på til at lave ændringen af transverteren end før denne tråd. Jeg har fået indblik i nogle problemstillinger som måske vil optræde og løsningen af dem. Mange tak for det.

Svar til #11:

Hej Asbjørn

De 560 ohm over krystallet kan ikke fjernes da de sikrer at krystallet ikke svinger på sin parallel resonans.
Og selvfølgelig indgår de 100 pF i serieforbindelsen.
Havde det været 1 eller 10 nF har du ret. De 22 x 22 pF i serie bliver til 11pF og med 100 pF i serie bliver den samlede kapacitet til 10pF

Svar til #22:
Hej Ole

Du skal sandelig ikke undskylde - tværtom takker jeg mange gange for dine indlæg - (bl.a.) dem blev jeg klogere af !
mvh
søren/4zat

Svar til #22:
Hej Ole, Søren m,fl.

Jeg har nu eftergjort oscillatoren præcis med de oplyste komponentværdier -transistoren er dog en 2N819 - xtallet det nærmeste på 22MHz jeg kunne finde - et 3' overtone CR-23-U på 23006 kHz.

Oscillatoren svinger lystigt på 23005,5 til 23004,4 KHz afhængig af justeringen af L6 (1,3 -2,2uH)

Når jeg fjerner R17 -560 Ohm over xtallet går oscillatoren i sving på xtallets grundfrekvens 7667,3 til 7668,4 kHz.

Herefter har jeg erstattet R17 -560 Ohm med " bundmodstanden" i basisspændingsdeleren R19-6,8 K ( for ikke at ændre dc arbejdspunktet) og kortsluttet C21 -100 pF kondensatoren til basis.

Resultatet -----? oscillatoren arbejder nu på nøjagtig samme frekvens 23005,5 til 23004,4 MHz uden tendens til at starte på grundfrekvensen.

Jeg har testet med 25 og 27 Mhz xtaller med samme resultat.

Er det en Colpitts - eller en Clapp oscillator?

Konklusioner må i selv drage, min er klar -spolen tjener udelukkende til finjustering af frekvensen --- R 17 forhindrer oscillatoren i at svinge på xtallets grundfrekvens

Vy 73 // Asbjørn

Svar til #26:
Ja det må den jo gøre :-)

Svar til #26:
Hej Asbjørn

Hvis denne type oscillator skal laves helt korrekt bør der være en spole over krystallet som udtuner shunt kapaciteten i krystallet.
I oscillatorerne som blev brugt til Storno 9000 kunne TX oscillatoren også modulres ved hjælp af 2 kapacitetsdioder. Denne feature blev også brugt i de højstabile (2ppm)typer.

Svar til #28:
Hej Svend.

Du har muligvis ret, men jeg har altid betragtet en spole over xtallet som en komponent der forhindrer oscillatoren i at svinge på grundfrekvensen - måske er modstanden R19 på 6,8K( som nu shunter xtallet) så tilpas induktiv at den har pgl. virkning.

Til almindelig oplysning det xtal jeg anvender CR-23-U -- er et 3'die harmonisk hvor frekvensangivelsen 23,006 MHz er serieresonansfrekvensen.

Uden spolen L6 er frekvensen 23006,5 kHz - med ca.0,7uH i serie 26000,0 - med 1,2uH 23005,5 kHz.

73 Asbjørn

Svar til #29:

Du har ret i at det også har indflydelse på at krystallet ikke svinger på grundtonen og det er derfor vigtigt at spolen danner resonans med de få pF krystallet har (C0). Derfor er det vigtig at man finder denne værdi i databladet på krystallet. Man kan jo også bare måle den med et RLC meter.
De frekvenser du har angivet er de målt i en oscillator eller med er S-parameter testset?

Svar til #30:
Hej Svend // OZ3MZ

Nej oscillatoren er ikke simuleret, jeg har bygget den- identisk med den på diagrammet - og herefter fjernet de komponenter jeg mener er overflødige - R17 - 560 Ohm og C21 -100pF ----- R19 -6,8K har jeg flyttet hen på R17's plads, herved fastholder jeg dc arbejdspunktet og forhindrer oscillatoren i at starte på grundfrekvensen.

Måleudstyr er en Systron Donner # 6054B frekvenstæller - Tektronix 491 spectrumanalyzer - samt min stationsmodtager.

Måske de komponenter jeg har fjernet har noget med fasestøj at gøre, men det har jeg ikke udstyr til at måle.

73 Asbjørn