Kann eine Induktivität/Kondensator/Widerstand-Kombination die gleiche Frequenz emittieren wie ein gegebener Kristalloszillator?

Ja, Sie können einen Oszillator mit Induktivitäten und Kondensatoren bauen, der die gleiche Frequenz wie Ihr Kristalloszillator hat. Mit Induktivitäten und Kondensatoren können Sie viel höhere oder viel niedrigere Frequenzen erreichen als mit Quarzoszillatoren.

Der Grund, warum Quarzoszillatoren verwendet werden, liegt darin, dass sie eine viel bessere Frequenzstabilität haben. Die Frequenzstabilität spielt für einen experimentellen DIY-Spielzeug-FM-Sender keine große Rolle, aber für viele andere Anwendungen.

Kristalloszillatoren sind gut, wenn Sie von einer präzisen Frequenz aus senden möchten. Sie können das gleiche Ziel mit einer Spule und einem Kondensator (als LC-Schwingkreis bezeichnet) erreichen. Wahrscheinlich wird in den Schaltungen, die Sie bisher gesehen haben, dieser Schwingkreis verwendet, wobei seine Werte so gewählt sind, dass sie bei Ihrer bevorzugten Frequenz mitschwingen. Mit Kondensatoren ist alles schön, aber meistens finden Sie möglicherweise keinen guten Induktor, also müssen Sie ihn selbst wickeln. Ich kenne jedoch keine Möglichkeit, die Induktivität ohne die Hilfe mindestens eines Frequenzgenerators zu messen. Sie können also einem Tutorial folgen, Ihren eigenen Luftkerninduktor aufwickeln, und es kann immer noch nicht funktionieren. Und Sie können nicht sicher sein, ob der Fehler mit der Induktivität oder etwas anderem zusammenhängt. Quarzoszillator erspart Ihnen diesen Schmerz.

Ein Oszillator ist ein Verstärker mit positiver Rückkopplung und ein "frequenzbestimmendes Element". Dies kann ein Kristall oder ein LC-Resonanz-"Tank" sein. Der LC-Oszillator ist normalerweise für die meisten Anwendungen nicht stabil genug. Folgendes passiert normalerweise, wenn Sie Ihren ersten LC-Oszillator bauen.

Erstens sind die mechanischen Eigenschaften des Abstimmelements (normalerweise ein Drehkondensator) so, dass es sich nach dem Einstellen leicht „entspannt“, wodurch sich die Frequenz ändert. Am Ende stellen Sie es über die gewünschte Frequenz hinaus ein und lassen es auf die Zielfrequenz "einpendeln".

Als nächstes stellen Sie fest, dass sich die Frequenz erneut ändert, wenn Sie Ihre Hand von der Schaltung wegbewegen. Die von Ihrem Körper hinzugefügte Streukapazität beeinflusst die Frequenz. Am Ende bewegen Sie Ihre Hand auf die Schaltung zu oder von ihr weg, um sie auf Frequenz zu halten. Als nächstes stellen Sie fest, dass die Frequenz driftet, selbst wenn Sie Ihre Hand ruhig halten, und Sie müssen Ihre Hand erneut bewegen, um dies zu korrigieren. Diese Drift kann von einer Änderung der Temperatur, der Spannung oder mehr mechanischen Änderungen herrühren.

Die Antwort lautet also "Ja", aber Sie erkennen schließlich, dass das Leben viel einfacher sein könnte, wenn Sie einen Kristall verwenden würden. Kristalle sind nicht perfekt, aber sie sind um Größenordnungen besser. Sie benötigen auch weniger Energie, um die Schwingungen am Laufen zu halten. Gute LC-Oszillatoren können gebaut werden; Sie verfügen über eine gut geregelte Spannungsversorgung, fest montierte Komponenten und eine Metallabschirmung, die die Schaltung umschließt. Es wird auch eine Temperaturkompensation (oder Temperaturregelung) geben.

Es gab einige Bemerkungen zur Frequenzmultiplikation. Dies könnte erreicht werden, indem eine Verzerrung in den Oszillator eingeführt wird, die Harmonische erzeugt. Dann wird ein weiterer LC-Schwingkreis auf eine Harmonische der ursprünglichen Frequenz abgestimmt. Ein weiterer Verstärker kann verwendet werden, um das resultierende Signal zu verstärken. So wurde es zu Zeiten rein analoger Schaltungen gemacht.

Der Quarz ist zumindest viel einfacher, wenn Sie eine genaue Frequenz benötigen. Eine LC-Gruppe abzustimmen und stabil zu halten, wenn sich die Umgebung ändert, ist eine lästige Aufgabe. Sie können beide im selben Frequenzbereich erhalten (Kristalle können ab 100 MHz gekauft werden, was genau in Ihrem UKW-Bereich liegen würde). Wenn Sie andererseits wirklich beabsichtigen, UKW-Radiosignale zu produzieren, könnte die LC-Gruppe sein der bessere Weg, denn im Gegensatz zu einem Quarz kann eine LC-Gruppe einfach über eine kapazitive Diode oder ähnliche Methoden (ver-)gestimmt werden, was es ziemlich einfach macht, Ihre Frequenz zu modulieren. Ein Kristall schwingt mit seiner Grenzfrequenz und nicht weit darüber hinaus, daher ist er besser für Anwendungen geeignet, die Stabilität erfordern, wie z. B. für die Takterzeugung.

Es ist an der Zeit, Servoschleifen oder negatives Feedback in Ihr Skillset zu bringen.

OpAmps sind Beispiele für negative Rückkopplung, um präzise Verhältnisse der Spannungsverstärkung zu erreichen. Das Schlüsselstück der Mathematik, gegeben G = Openloop-Verstärkung des Operationsverstärkers, H = Rückkopplungsverhältnis:

definiert das Eingangs-/Ausgangsverhältnis (Verstärkung). Riesige G-Werte -> sehr präzise Verstärkung.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Wir verwenden die gleichen Rückkopplungsmethoden, aber anstatt Spannungen in ein genaues Verhältnis zu bringen, machen wir das Verhältnis von Nulldurchgängen zu einem genauen Verhältnis, indem wir FlipFlops und eine Edge_Comparison-Box, den PhaseFrequencyDetector, verwenden:

Der VCO (der 16 MHz +-1 MHz) kann 7 MHz bis 89 MHz betragen, aber der Phasenfrequenzdetektor ---PFD--- wird diesen enormen Bereich bewältigen, ebenso wie die Induktivitäten und Kondensatoren und Transistoren (die für Leistungsverstärkung sorgen, also die LCs). eine wachsende Amplitude haben, die von einem Oszillator benötigt wird) ändern sich die Eigenschaften über die Temperatur und mit VDD und einfach, weil Induktoren und Kondensatoren niemals genau sind. Ein richtiger PFD ist ein sehr interessantes Biest, und solange der Oszillator oszilliert (einige hören auf zu oszillieren, wenn der VTUNE eine zu hohe Frequenz anfordert) und der PFD über den gesamten Bereich des VCO funktioniert, drücken die UP- und DOWN-Impulse den VTUNE [die Steuerspannung aus dem 2C/1R-Filter] auf die benötigte Spannung; Dieses Rückkopplungssystem führt einfach durch Vergleichen des Timings von Flanken eine Frequenzverriegelung und eine Phasenverriegelung durch.

Der Schlüssel zum genauen Frequenzverhältnis ist die von C1 durchgeführte Ladungsspeicherung. Jeder Restfehler, der durch ein leichtes Aufwärts-/Abwärts-Ladungsungleichgewicht verursacht wird, das dadurch verursacht wird, dass die 8. Kante unseres 1/2 * 1/2 * 1/2-Teilers nicht genau mit der gleichen Polaritätskante von Fref übereinstimmt, baut sich auf und auf ( oder runter und runter) auf C1, auch wenn es nur winzige Ladungen sind. Somit wird die 8. Flanke des variablen Oszillators mit der Zeit immer genauer auf Fref der Quarzreferenz ausgerichtet.

Wenn Sie einen funktionierenden Oszillator suchen und einen Schaltkreis vermeiden, der nur ruhig da sitzt und Strom verbraucht, aber NICHT SCHWINGT, dann lesen Sie sich Barkhausens Arbeit durch.

Er bietet 2 Kriterien an: (1) Sie benötigen eine Leistungsverstärkung bei der gewünschten Frequenz (oft als Spannungsverstärkung angegeben) (2) Sie benötigen genau N * 360 Grad Phasenverschiebung bei der gewünschten Frequenz; Beachten Sie, dass etwas Mathematik 0 Grad, 360 Grad, 720 Grad zulässt

Ich habe Artikel gelesen, in denen vorgeschlagen wird, dass "zu viel Leistungsverstärkung" Oszillationen verhindert. Dies wurde als "hohes gm (Transkonduktanz, Ausgangsverstärker pro Eingangsvolt) wird Schwingungen verhindern" angegeben.

In Wirklichkeit erreichte die Schleife bei "hohem gm" (starker Antriebsstärke) diesen Null-Grad-Phasenverschiebungszustand nicht, weil das R zu niedrig wurde.