ungelöst Clapp-Oszillator funktioniert nicht so wie simuliert

Frank

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Hallo,

ich brauche einen LC-Oszillator mit ca. 3 .. 6 MHz. Die Frequenz soll mit einem 25-pF-Drehkondensator ( + Parallel-C) einstellbar sein, bei dem ein Ende auf Masse liegt.
Dazu baute ich einen Clapp-Oszillator mit einem BF199 (B = 134) auf, in LTspice und real. Der selbstgewickelten Luftspule (gemessen 45µH) gab ich in LTspice eine parasitäre Kapazität von 5pF.
Der LTspice-Oszillator hat ein Ausgangssignal von -1,0 .. 5,0 V (6,0 Vss) bei 4,2 MHz. Der reale Oszillator schwingt mit ähnlicher Frequenz, jedoch mit nur 1,5 .. 1,8 V (300mVss). Mit einem BF199 (B = 104) aus einer anderen Lieferung sind es 1,5 .. 1,75 V.

Auch ein BC549C schwingt bei LTspice gut; mit -0,7 .. 5,0 V (5,7 Vss). Die Frequenz ist ein Promille niedriger als mit dem BF199. Aber auch hier schwingt der reale Oszillator nur mit 1,8 .. 2,05 V (250mVss).
Was kann der Grund für diesen Unterschied zwischen Simulation und Praxis? An defekten Transistoren liegt es ja offenbar nicht.

Die Betriebsspannung ist sauber.
Das Oszilloskop hat eine Bandbreite bis 20 Mhz. (Gestern noch getestet: Die Ausgangsspannung eines 5-V-Quarz-Oszillator-Bausteins 12 MHz mißt das Oszilloskop mit 0 .. 5 V.)
Die beiden 330pF sind Folienkondensatoren, die Widerstände sind Metallfilm-Widerstände.
Der Kupferwiderstand der Luftspule ist < 0,1 Ohm .

Gruß, Frank
 

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spicer

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Was misst Du reell an der Basis des jeweiligen Transistors?
In der Simulation ist das ja ca -/+ 5V.
 

Frank

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Yepp. Ich habe für die Messung auch eine Meßspitze an den Emitter gehalten, weil die Meßspitze an der Basis ja die Vorspannung senkt.

Beim BC549C: Ub = 2,2 .. 2.3 V, Ue = 1,7 .. 1,8 V . Uss ist also durch das Anlegen der Meßspitzen von 250 mV auf 100 mV gesunken.
Beim BF199: Ub = 2,1 V, Ue = 1,5 V . Mit der Meßspitze an der Basis schwingt nichts mehr. Wenn man durch Änderung des Spannungsteilers die Vorspannung erhöht, schwingt es wieder.

Ist bei den Transistoren hier vielleicht die Verstärkung zu klein, wegen des verschobenen Arbeitspunktes? Aber das müßte dann ja auch die Simulation zeigen.
 

spicer

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Also hast Du auch in der Realiät an der Basis eine kleinere Amplitude als in der Simulation. Das würde ja bedeuten, dass die Transistoren korrekt simuliert werden.

Hast ein TC1 Tester?
Welcher hFE zeigt Dir das an?
Hier ein BC547B:

bc547b_messung.jpg


Habe momentan auch keinen Plan :(
Bin sicher, das LTspice keinen Fehler macht. aber ich (wir) schnallen das nicht ^^
 
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Frank

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Hallo,
Also hast Du auch in der Realiät an der Basis eine kleinere Amplitude als in der Simulation. Das würde ja bedeuten, dass die Transistoren korrekt simuliert werden.
Ähm ... die Simulation zeigt 10Vss an, aber die Realität nur ein paar hundert Millivolt, dann ist das doch nicht korrekt simuliert, oder?

Eine Korrektur ist nötig, sorry, anstelle des 270k-Widerstandes war ein kleinerer eingebaut - ist jetzt korrigiert. Die Ausgangsschwingung hat sich nun ungefähr verdoppelt, ist jedoch noch weit von der Simulation entfernt:
BF199 (B=134) : 2,35 .. 2,80 V
BF199 (B=104) : 2,30 .. 2,75 V
BC549C (B=550): 2,85 .. 3,35 V
Wenn ich bei Simulation und realem Aufbau mal die Serienschwingkreise rausnehme, liegen die Gleichspannungen max. 150 mV auseinander. Zumindest der Teil der Simulation klappt offenbar.
Die Stromverstärkungen (BF) in den Modellen der beiden Transistortypen sind 122,5 und 493,2 - also ganz ähnlich wie bei den realen.

Nimmt man für die Simulation beliebige ähnliche NPN-Kleinsignaltransistoren, kommt man meist - sogar beim uralten BC107A - auf Amplituden zwischen 4,5 und 5,8 V.
Die allermeisten Modelle sind bestimmt richtig, also stimmt irgendwas mit der Realität nicht. :) Ich hab's immer gewußt!
Aber was?
Haben die realen Transistoren evtl. eine zu große Kollektor-Basis-Kapazität? Aber dann müßten gleich mehrere Serien unabhängig voneinander schlecht gewesen sein ... das ist auch eher unwahrscheinlich ...

Ich werde es nochmal neu aufbauen, mit anderen Bauteilen.

Gruß, Frank
 
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spicer

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"also stimmt irgendwas mit der Realität nicht."
looool

aber spass bei seite.
ich bin totaler analog noob!
zbsp AC analyse schnall ich nicht
bin nur der admin hier ^^
 
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Udo

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Hallo Frank,
es gibt bei Youtube exzellente Videos zu Clapps Oscillator, mit konkreten Dimensionierungsvorschriften.
Wichtig ist der Parameter hfe der Transistoren.
Gruß, Udo
 

Frank

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Hallo Udo,

an Links wäre ich auch interessiert. Möglicherweise übersehe ich ja irgendwelche parasitären Einflüsse.
Wohlgemerkt, der Clapp-Oszillator funktioniert, ich wundere mich nur über die kleine Amplitude gegenüber der Simulation.

Gruß, Frank
 

Udo

Fleissiges Mitglied
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Hallo Frank,
ich traue mich fast nicht eine banale, dumme Frage zu stellen, nämlich diese: Hast Du Deinen Oszillographen-Tastkopf kalibriert ? stehen am Scope die 1Vpk an ? Diese Stolperfalle kann ja vorkommen, wenn der Tastkopf verstellt ist.
Nun ist mir aufgefallen, daß Deine Schaltung von der Standardversion etwas abweicht. In jener Konfiguration wird vom Kollektor aus rückgekoppelt. Leider haben sich meine vorgeschlagenen Youtube-videos auf diese
Versionen bezogen. Zu Deiner Schaltung habe ich nur 2 Beiträge gefunden, eine für Bastler und eine mehr wissenschaftliche.
Ich hänge die Beiträge an, ebenso eine Schaltung wie dort "bei den Bastlern" aufgeführt, als .asc-file.

Gruß, Udo
 

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Frank

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Hallo Udo,
:) die Frage ist durchaus berechtigt.
Es ist ein Hameg 412. Ich habe zwei Standard-Tastköpfe mit Teiler 1:1 und 1:10 umschaltbar, den 1:10-Teile kann man einstellen. Die Messung des "Calibrator"-Ausgangs ergibt bei beiden Tastköpfen eine saubere Rechteckspannung.

Das Oszilloskop zeigt bei beiden Eingängen und mit beiden Tastköpfen dieses Verhalten:
1:1 :
Am Frequenzgenerator Kontron 8120 zeigt es bei dessen höchster Frequenz, ca. 12,5 MHz, einen Abfall auf 80% an.
Um die Kapazität der Meßspitze zu ermitteln, schalte ich einen 1-kOhm-Widerstand davor: -3dB-Frequenz ist 950 kHz. 1,3 MHz -> 60% 1,9 MHz -> 50%, 4,3 MHz -> 25%, 12 MHz -> 10%

1:10 :
Linear bis 12,5 MHz
1-kOhm-Widerstand vor der Meßspitze: -3dB-Frequenz 6,2 MHz. 9,4 MHz -> 50%, 12,5 MHz -> 32%

Ich maß den Oszillator bisher immer mit mit der 1:1-Einstellung. Die 950 kHz deuten - bei einem angenommenen Tiefpaß - auf 168 pF Kapazität des Meßkopfes hin.
Kann dies die beobachtete Auswirkung haben?
Schaltet man in der LTspice-Schaltung diese Kapazität parallel zum Ausgang, verringert sich die Oszillatorfrequenz um 1%, das Ausgangssignal hat weiterhin 6Vss.
Also ist es das wohl eher nicht. Aber ich werde die Schaltung trotzdem mal mit einem moderneren Oszilloskop nachmessen. Das kann etwas dauern.

Danke für die PDFs! Das IcETRAN-Paper muß ich mir mal GANZ in Ruhe ansehen. ;)

Gruß, Frank
 

Udo

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Hallo Frank,
als ergänzende Antwort kann ich Dir noch mitteilen, daß ich Deine Originalschaltung auch mit MicroCap 12 simuliert habe. Das Ergebnis entspricht exakt dem von LTSpice. Da muss also doch etwas mit Deinem Aufbau oder den Komponenten sein. Ich würde mal noch einen Buffer (schnellen Op) an den Ausgang hängen, um zu sehen, ob die 168pF des Meßkopfes eine Rolle spielen.
Dann gibt es noch einen anderen Tipp, um evtl. etwas zu finden: a) mit Kältespray die Transistoren, bzw. die Schaltung anblasen, b) mit dem Lötkolben "nahe" an die Bauteile gehen und erhitzen (ohne Berührung). Man erkennt dann,
ob die Schaltung empfindlich reagiert oder stabil schwingt.
Hast Du mit einem "modernen" Scope dasselbe Ergebnis erzielt?
Gruß Udo
 

Frank

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Hallo Udo,
danke für den Test mit einem anderen Programm! Ich sach ja, nicht die Simulation ist das Problem, sondern die Realität. :giggle:

Und für Deine Tips!
Einen schnellen OP habe ich leider nicht.
Den heißen Lötkolben habe ich schon mal nahe an die Schaltung gehalten, und die Frequenz veränderte sich auch sofort - die Amplitude allerdings kaum. Die Frequenz ging sofort nach Wegnahme wieder in Richtung ihres alten Wertes. Ich nehme an, der Einfluß des Lötkolbenmetalls war höher als der der Temperatur. Ich probiere es trotzdem nochmal mit Fön und Kältespray und messe dann die Frequenz nach.
An das gute Oszilloskop komme ich evtl. in der nächsten Woche - ich werde berichten.

Gruß, Frank
 

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