Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Colpitts Ozillator - sehr kleines Ausgangsignal

Steffen B. schrieb:

> Hat jemand hier eine Idee wo das Problem liegen könnte?

1. Unter 1mA Kollektorstrom ist für den BC337 sehr wenig,
   da geht die Stromverstärkung schon arg herunter. Ein
   BC547 wäre deutlich besser.

2. Der Basisspannungsteiler kommt mir arg niederohmig vor.

3. Die drei Kondensatoren sind hoffentlich kein X7R?!
   Das geht arg auf die Güte und die Temperaturstabilität.
   Wickelkondensatoren (oder Keramk-Vielschicht C0G) wären
   passend.

4. Die Dimensionierung C1 = C2 ist nicht optimal; ich habe
   aber vergessen, welcher größer und welcher kleiner sein
   sollte.

HTH

Jörg W. schrieb:

> Steffen B. schrieb:
>> Hat jemand hier eine Idee wo das Problem liegen könnte?
>
> Im miserablen Verhältnis von L und C.
>
> Die Scheinwiderstände bei Resonanz bewegen sich im Bereich
> weniger Ohm.

Ahh! Du hast Recht.
Der Transistor muss also niederohmiger werden, nicht
hochohmiger. Also: R3 runter (470 Ohm...220 Ohm),
Basisspannungsteiler anpassen.


Ach so: M.E. sollte C3 auch deutlich kleiner sein als C1 und
C2. Kleineres C entspricht größerem Scheinwiderstand, und
die meiste Schwingkreisspannung sollte über C3 abfallen und
nicht parallel zum Transistor. Also mal C3=68nF, C1=C2=220nF
probieren.

Mohandes H. schrieb:
> Und mehr als Faktor 10
> gegenüber der Simulation ist auch nicht erklärbar.

Neben dem oben schon erwähnten miserablen L/C-Verhältnis (XL<22 Ohm) hat 
die Spule in der Simulation eine unendliche Güte. In der Realität dürfte 
die bestenfalls so um 100 liegen (Rverl ~ 0.2 Ohm).

Interessante Diskussion! Ich bin nämlich auch schon ein paar mal "auf 
die Nase gefallen", wenn ich eine simulierte Schaltung aufgebaut habe 
und dann Simulation und Messung verglichen habe.

Mich würden zwei Punkte speziell interessieren:

1) Die originale LC-Dimensionierung des TO mag suboptimal sein, aber 
warum ist das nicht bereits aus der Simulation ersichtlich?
Wegen der als (nahezu) ideal angenommenen Spule? (LTSpice setzt den ESR 
auf 1 mOhm, wenn nichts angegeben wird.)
Wegen eines zu einfachen Modells zur Simulation des Transistors? ...?

2) Wozu dient der Kollektor-Widerstand (R4)?
Für mich würde der Sinn ergeben zusammen mit einem 
Entkopplungskondensator, aber alleine ...?

Gruss
Analog-Bastler

Steffen B. schrieb:

> Einzig die Anmerkungen zum Kollektorstrom und R3 habe
> ich noch nicht so ganz nachvollziehen können:
> Die Stromverstärkung nimmt laut meiner Erinnerung und
> dem Datenblatt mit steigendem Kollektorstrom ab und
> nicht andersrum?

Welcher Hersteller?

Die BC337-Datenblätter von OnSemi und Fairchild stimmen
darin überein, dass die Verstärkung bis I_c = 100mA
allmählich anwächst und oberhalb 100mA recht rapide
abfällt.

Einzig NXP/Philips behauptet, dass die Stromverstärkung
zwischen I_c = 100µA und I_c = 100mA praktisch konstant
ist, aber das scheint mir nicht so recht glaubwürdig.

In allen drei Datenblättern wird hfe bei I_c = 100mA
angegeben; man kann unterstellen, dass das ungefähr das
Optimum ist. Das passt auch zu einem Transistor mit
Ic_max = 800mA.

Viele Bipolartransistoren haben ein (recht breites)
Verstärkungsmaximum bei einem bestimmten optimalen
Kollektorstrom; unterhalb und oberhalb wird der
Transistor schlechter.


> R3 dient der Arbeitspunkteinstellung

Jein: Die Emitterspannung ist ca. 0.7V niedriger als
die Basisspannung -- und die wird vom Basisteiler
diktiert (-- zumindest weitgehend).

R3 bestimmt lediglich den Kollektor- Strom , der bei
dieser Spannung fließt.


> Warum sollte R3 dann verringert werden - damit
> verschenke ich doch auch Outputswing?

Wieso sollte?
Das ist ein Spannungsfolger; der Emitter macht genau
das, was die Basis vorgibt.
Die Frage ist nur, wieviel STROM durch den Transistor
fließt, und ein Transistor, der 800mA schalten kann,
arbeitet in der Regel bei 1mA Kollektorstrom nicht
optimal.

Wenn ich das richtig verstehe, läßt sich auch ein stark bedämpfter 
Schwingkreis mit kleinem XC und XL verwenden, wenn die Mitkopplung auch 
niedrige Impedanz hat und die Kreisverstärkung >1 ist. Was ich meine 
beispielhaft im Bild. Oder ist das ein holzweg?

bild wollte nicht mit..

Analog-Bastler schrieb:

> 1) Die originale LC-Dimensionierung des TO mag
> suboptimal sein, aber warum ist das nicht bereits
> aus der Simulation ersichtlich?

Hehe!
Gute Frage -- nächste Frage :)


> Wegen der als (nahezu) ideal angenommenen Spule?

Ich mag es selbst kaum glauben, aber: Ja, wahrscheinlich.
Die verhältnismäßig lange Einschwingzeit spricht auch
dafür.


> Wegen eines zu einfachen Modells zur Simulation des
> Transistors? ...?

Glaube ich nicht.
Bei unter 1MHz Schwingfrequenz spielen weder fT noch
diverse parasitäre Kapazitäten eine so große Rolle.

Wegen des abseitigen L/C-Verhältnisses ist aber der
Transistor stark fehlangepasst an den Schwingkreis,
d.h. der Verstärkungsüberschuss ist gering.
Wenn die Kreisgüte hoch ist, baut sich im Laufe der
Zeit trotzdem eine große Amplitude auf -- ist die
Kreisgüte aber mau, kann das nicht passieren, weil die
Verluste zu hoch sind.


> 2) Wozu dient der Kollektor-Widerstand (R4)?

Der ist m.E. nutzlos :)

Helge schrieb:

> Wenn ich das richtig verstehe, läßt sich auch ein stark
> bedämpfter Schwingkreis mit kleinem XC und XL verwenden,

Moment, stopp: "Niedriges L/C-Verhältnis" bedeutet nicht
zwingend auch "niedrige Kreisgüte". Eine Kreisgüte von
geschätzt 100 ist schonmal nicht katastrophal.


> wenn die Mitkopplung auch niedrige Impedanz hat und die
> Kreisverstärkung >1 ist.

Naja, genau das war ja meine ursprüngliche Idee: Wenn
der Schwingkreis sehr niederohmig ist, muss auch der
Ausgangswiderstand der Transistorstufe gering sein,
damit die Fehlanpassung nicht zu schlimm wird und
genug Energie rückkoppelt.
Deine Simulation zeigt ja, dass das wohl funktioniert.


> Was ich meine beispielhaft im Bild. Oder ist das ein
> holzweg?

M.E. nicht (obwohl es sicher bessere Methoden gibt).

Es soll ja um erkennung von Objekten gehen. Da kommt der gedanke starke 
Dämpfung her.

von Egon D. schrieb:
>4. Die Dimensionierung C1 = C2 ist nicht optimal; ich habe
>   aber vergessen, welcher größer und welcher kleiner sein
>   sollte.

Ich mache C1,  5 bis 6 mal größer als C2, hat sich
bei mir bewährt. C1 bestimm die Rückkopplung, je größer
C1 um so kleiner ist die Rückkopplung. Und C2, 5 bis 10 mal
größer als C3 machen. Je größer C2 ist, um so besser wird
die Schwingkreisgüte. Aber wenn er zu groß ist setzen die
Schwingungen irgendwann aus. Wenn am Emitter die HF-Spannung
so etwa 1/5 bis 1/3 der Betriebsspannung ist, ist
die Dimensionierung optimal. Wenn man eine schöne saubere
Sinusform haben möchte, dann am besten induktiv auskoppeln.
Eine Windung um die Spule reicht meistens aus. Vortelhaft
ist, noch eine Pufferstufe nachzuschalten, dann wird die
Frequenz Rückwirkungsfrei von der Last.

Und noch was, die Kollektor-Emitterspannung, also den Arbeitspunkt
stelle ich (erstmal ohne Schwingkreis) auf etwa 1/4
bis 1/3 der Betriebsspannung ein. R3 mit 4,7 kOhm ist ziemlich
groß, damit bekommt mann nicht besonders viel Leistung in
den Schwingkreis hinein.

Ich habe mal eine Testschaltung praktisch aufgebaut
und getestet.

Mit folgender Dimensionierung:

 C1 = 470nF
 C2 = 100nF
 C3 = 10nF
 R1 = 15 kOhm
 R2 = 10 kOhm
 R3 = 220 Ohm
 Q1 = SD335

 Ringluftspule = 50 Windungen   7,3 cm Durchmesser
             Drahtdurchmesser 0,5mm

 Betriebsspannung = 9V
 HF-Spannung am Emitter gemessen = 2V
 HF-Spannung an der Spule gemessen = 10V
 Frequenz gemessen = 89,9 kHz

Steffen B. schrieb:


>> Transistor schlechter.
>
> Ich habe das NXP Datenblatt herangezogen (S.6):


Und wäre es dann auch einer von denen?


> https://www.mouser.de/datasheet/2/302/nxp_bc817_bc817w_bc337-1188861.pdf
>
> Der Tietze Schenk gibt dir aber recht, dass

 ein
> Maximum für einen bestimmten Kollektorstrom hat (siehe Anhang).
>