Các tụ tải khác nhau (15 và 10 pF) trên tinh thể thạch anh 32.768 Hz

Tôi đã có một số đồng hồ / báo thức điện tử để bàn ngẫu nhiên của Trung Quốc.

Hóa ra là nó hoàn toàn thiếu bất kỳ tụ điện nào trên pha lê. Đó là lý do tại sao đồng hồ đã chạy nhanh hơn ~ 5 phút mỗi tháng.

6 tháng trước tôi đã hàn 15 tụ điện pF. Và nó đã tốt hơn nhiều: đồng hồ đã chậm hơn 4 phút trong 6 tháng này. Nhưng tôi muốn có kết quả tốt hơn nữa.

Thật không may, tôi không có tụ điện 12,5 pF và không thể tìm thấy bất kỳ (ngay cả trên ebay). Vì vậy, tôi đã hàn một tụ 10 pF và một tụ 15 pF.

Câu hỏi là nó sẽ tốt hơn? Hậu quả của việc hàn các tụ điện khác nhau với tinh thể thạch anh là gì?

CẬP NHẬT (01.11.2017): Vui lòng không lấy dữ liệu được đề cập ở trên một cách nghiêm túc "... 4 phút ...". Nhiều khả năng pin đã cạn kiệt và đồng hồ phải được đặt lại. Tôi quên mất điều đó.

Khoảng 100 ngày đã trôi qua (kể từ ngày 23 tháng 7). Đồng hồ đã chạy liên tục và chậm hơn 6 phút (41,6ppm). Tôi đã bỏ tụ 15pF và đặt lại 10pF (bây giờ đồng hồ có các tụ 2x 10pF).

CẬP NHẬT (11.08.2018) 227 ngày kể từ lần cập nhật cuối cùng. Đồng hồ chậm hơn 17 phút (52ppm). Bán các tụ 2x 2pF. Sẽ thấy, nó đang diễn ra như thế nào.

Câu hỏi là nó sẽ tốt hơn?

Nghe có vẻ như tôi sẽ tốt hơn một chút ở chỗ nó sẽ giảm lỗi giữa hai đồng hồ - các tụ điện làm điều đó - chúng cắt phản ứng pha của bộ lọc hình thành xung quanh tinh thể, trở kháng đầu ra của silicon và tụ điện ở đầu ra. Tôi đang nghĩ các cấu trúc liên kết dao động ở đây như thế này: -

Nhưng nó hoàn toàn áp dụng cho các cấu trúc liên kết dao động tinh thể khác.

C1 và R1 thêm một chút dịch chuyển pha cần thiết để làm cho mạch dao động bởi vì, nếu không có chúng, một cổng đảo hoàn hảo không thể được khuyến khích để tạo thêm vài độ và nó sẽ không dao động. Điều này xảy ra ngay bây giờ và sau đó và câu hỏi liên kết dưới đây có liên quan.

Tất nhiên, ngay cả khi không có R1 như một thành phần thực tế, trở kháng đầu ra bên trong của cổng đóng vai trò là R1. Lưu ý rằng đối với bộ tạo dao động R có thể nằm bên trong "chip" hoặc thực sự có mặt trên bảng mạch.

Hóa ra là nó hoàn toàn thiếu bất kỳ tụ điện nào trên pha lê

Sẽ luôn có điện dung trên đầu vào của cổng để có thể chiếm tới 5 pF và một chút chậm trễ trong biến tần (chỉ vài nano giây) có thể mang lại sự thay đổi pha thêm cần thiết để làm cho mạch dao động. Tuy nhiên, một số mạch không có điện dung đầu ra sẽ không bao giờ dao động.

Hậu quả của việc hàn các tụ điện khác nhau với tinh thể thạch anh là gì?

Công suất khác nhau đã được chứng minh cho bạn khi không có tụ điện thực tế được trang bị. Các tụ điện đầu vào có thể là 5 pF và độ trễ của cổng đảo ngược mang lại sự thay đổi pha thêm cần thiết để làm cho bộ dao động dao động. Đó là một chút hit và bỏ lỡ như thế này nhưng có thể làm việc.

Đây là hình ảnh của một chiếc sim tôi đã làm cách đây một thời gian cho thấy sơ đồ bode của tinh thể 10 MHz và hai tụ điện. Các tụ điện trên đầu vào và đầu ra của cổng được thay đổi đồng thời như được hiển thị. Toàn bộ trục X bao phủ khoảng 100 kHz, do đó, nó đặt nó vào bối cảnh bạn có thể dịch chuyển một bộ dao động tinh thể trong thực tế như thế nào: -

Nếu tôi thay đổi tụ điện trong khoảng từ 20 pF đến 10 pF, bạn có thể thấy dải tần nơi hàm truyền qua 180 độ. Dưới 10 pF một chút, có một điểm mà sự dịch pha không bao giờ đạt tới 180 độ và cách duy nhất để mạch dao động là với cổng đảo ngược chạy với đủ độ dịch pha trên và trên 180 độ mà nó dự kiến ​​sẽ cung cấp.

Mạch sẽ không dao động nếu biến tần phải chạy ở tần số cao hơn nút chống cộng hưởng để tạo ra sự dịch pha thêm cần thiết.

Hình trên lấy từ câu trả lời của tôi ở đây .

Đây là một âm mưu hoàn toàn mới của sự dịch pha khi chỉ có tụ điện đầu ra khác nhau (tụ điện đầu ra là loại thường được liên kết với đầu ra biến tần): -

Nó sẽ dao động với 20 pF, 10 pF và chỉ dao động với gần 5 pF nhưng thấp hơn và nó sẽ không dao động về mặt lý thuyết.

Tần số danh nghĩa của mỗi XTAL được chỉ định bởi nhà sản xuất pha lê và được xác định tại "tải" nhất định của tinh thể. Nếu tải khác nhau, tần số dao động cũng sẽ khác nhau. Hiệu ứng này được gọi là "khả năng kéo pha lê " và Andy Aka đã thể hiện tốt điều này. Khả năng kéo thông thường là khoảng + -100 ppm cho 5 pF trong tổng độ lệch tải.

Đối với mục đích thực tế, kết quả thử nghiệm của bạn chỉ ra những điều sau đây:

1. không có giới hạn (và chỉ tải được trình bày bởi IC và ký sinh trùng dấu vết trên bảng), bạn có +115 ppm (nhanh hơn 5 phút trong một tháng, 43200 phút).

2. với 15 mũ pF, bạn có -15 ppm (4 phút trên 260.000 phút).

3. Dựa trên điều này và nội suy tuyến tính (trong xấp xỉ đầu tiên), bạn cần giới hạn 13,2 pF để đạt 0 ppm. (Bạn có thể kiếm được 10pF cộng với 3 pF trên đầu hoặc chỉ cần đặt mua hai mũ 13 pF từ Digi-Key, + 7,99 đô la vận chuyển)

LƯU Ý: việc phân chia tải không đồng đều sẽ dẫn đến thay đổi biên độ tín hiệu ở hai đầu của tinh thể, điều này có thể không phải là một ý tưởng tốt.

CHÚ THÍCH 2: 15 ppm thực sự là một kết quả rất tốt, kết quả tuyệt vời, vì thông thường dung sai cơ học chỉ khoảng 20 - 50 ppm. Hơn nữa, tần suất phụ thuộc khá nhiều vào nhiệt độ môi trường, do đó kết quả của bạn sẽ thay đổi tùy theo thời tiết và mùa.

Để có được độ chính xác tốt hơn, người ta đặt các bộ dao động (có tinh thể) vào vỏ ổn định nhiệt. Ngoài ra, việc hiệu chỉnh định kỳ (mỗi tuần một lần) đối với các dịch vụ thời gian trên Internet cũng hoạt động, vì nó được thực hiện trên tất cả các PC hiện nay.

Hai nắp này, cùng với tinh thể, tạo thành một bộ cộng hưởng và bộ chia điện áp. Rõ ràng bộ tạo dao động vẫn hoạt động, với 10pF và 15pF được cài đặt. Những gì bạn biết là tỷ lệ 10/15 hoặc 15/10 (tùy thuộc vào nắp nào trên Vout của bộ khuếch đại và trên bộ khuếch đại Vin) vẫn không làm giảm biên độ tăng của vòng phản hồi. Bạn có thể hoán đổi 2 vị trí và xác định xem bộ dao động có còn dao động không (giữ thời gian) và giữ thời gian tốt.

Có, bạn có thể làm cho nó tốt hơn (giữ thời gian tốt hơn). Hàn một nắp mánh lới quảng cáo trên 10pF; một mánh lới quảng cáo là hai dây cách điện được xoắn với nhau cho 1/2 "hoặc 1" hoặc 2 ".

Hoặc mượn bộ đếm tần số và đặt freq thành 1 phần trong 300.000 (cơ sở thời gian 10 giây) để có độ chính xác 10 giây mỗi tháng hoặc tiếp tục thử nghiệm với nắp mánh lới quảng cáo trong nhiều tháng.

Một bài báo được viết từ nhiều thập kỷ trước, bởi một anh chàng Vittoz nổi tiếng trong giới IC vì công trình nghiên cứu về bộ dao động tinh thể cho ngành công nghiệp đồng hồ Thụy Sĩ, đã thảo luận về cách các bộ khuếch đại khuếch đại (biến thể chuyển đổi) đặt khả năng dao động có nguy cơ. Điều đó làm tôi hoang mang. Bài báo của Eric Vittoz đã vẽ các locus gốc cho các biến thể khuếch đại, cho thấy mức tăng rất thấp và mức tăng rất cao, các hành vi vòng lặp được chuyển từ mặt phẳng bên trái (với phaseshift cần thiết) vào mặt phẳng bên phải (không còn cung cấp phaseshift đầy đủ). Để đạt được mức tăng vừa phải (transconductance), bộ dao động tinh thể sẽ dao động.

Vài năm trước, thử nghiệm một công cụ mô phỏng pha mag nguyên mẫu, tôi nhận ra Rout (như Andy đã nói) là chìa khóa để đáp ứng các tiêu chí Barkhausen chính xác (CHÍNH XÁC) N * 360 độ. Và trong bài báo của Vittoz, trường hợp truyền dẫn rất cao ---- một gm khổng lồ điều khiển C ---- có nghĩa là băng thông rất cao, timeconstant rất nhanh và tạo ra phaseshift nhỏ ở tần số của tinh thể.

Tôi đã mô hình hóa tình huống này, với Q nghìn tỷ (10 ^ 12) và phóng to độ phân giải microHertz xung quanh các cộng hưởng nối tiếp và song song. Rout (hoặc gm hoặc transconductance) thực sự là một phần của điều kiện vòng lặp Barkhausen, vì tương tác với tất cả các điện dung (bao gồm điốt ESD và điện dung pin-pin trong các khung chì IC) trên Vout khuếch đại.

Câu hỏi là nó sẽ tốt hơn?

5 phút / tháng là khoảng 100ppm. Những tinh thể này thường có kích thước tới 20ppm và thường trong vòng 5ppm ở nhiệt độ phòng. Vì vậy, bạn có thể làm tốt hơn.

Khả năng kéo của những tinh thể đó là hạn chế - một điều tốt. 20ppm là điển hình. trong trường hợp của bạn, nó có vẻ là 60ppm.

Một cách dễ dàng để làm cho nó hoạt động ở đây là một tụ điện mánh lới quảng cáo. Dễ dàng thực hiện. Trước khi đến đó, tôi sẽ giảm một số tụ điện trong vòng 20ppm trước và làm cho nó ở phía nhanh hơn (-> điện dung tải nhỏ hơn).

Hậu quả của việc hàn các tụ điện khác nhau với tinh thể thạch anh là gì?

nó sẽ làm cho nó chậm hơn Không phải những gì bạn muốn bây giờ.