Quarzoszillatoren mit TTL - Institut fÃ¼r Elektronik, TU-Graz

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EB155AQuarzoszillatorenTabelle 3: Oszillatorwerte mit der Schaltung SN74ALS1004f [MHz] R r[Ω] ∆f/f/V1 - 4 560 ≈ 2,5 × 10 -65 - 10 330 < 6 × 10 -63.2 Oszillatoren bis 30 MHzIm Frequenzbereich oberhalb 10 MHz ist der Einsatz von Advanced-Low-Power-Schottky-Schaltungen nicht mehr anzuraten, da in diesem Frequenzbereich dieVerzögerungszeit dieser Bauelemente bereits zu einer unzulässig großenPhasendrehung des Verstärkers führt. Das macht sich unter andrem daranbemerkbar, daß die Abhängigkeit der Oszillatorfrequenz von derVersorgungsspannung spürbar zunimmt. Verwendet man hier den BausteinSN74AS1004, so lassen sich problemlos Oszillatoren auch für höhere Frequenzenaufbauen, wobei wieder die Schaltung von Bild 10 verwendet wird. Mit einemRückkopplungswiderstand R r= 330 Ω läßt sich ein Oszillator verwirklichen, der z.B.bei f = 10 MHz eine Abhängigkeit der Frequenz von der Versorgungsspannung von∆f/f ≈ 4 × 10 -6 /V aufweist. Zu höheren Frequenzen hin ist es wegen der Anpassung anden Resonanzwiderstand des Quarzes (Bild 4) sinnvoll, R r= 220 Ω zu wählen. So wirdmit einem Rückkopplungswiderstand R r= 220 Ω bei einer Ausgangsfrequenzf = 20 MHz eine Frequenzdrift von ∆f/f ≈ 6 × 10 -6 /V erreicht. Bild 11 zeigt die amAusgang einer solchen Schaltung gemessene Signalform.Bild 11: Signalform bei einem 10 MHz-Oszillator mit der Schaltung SN74AS1004Eine erprobte Methode, um die Qualität eines Oszillators zu bestimmen, besteht darindas von der Schaltung erzeugte Frequenzspektrum z.B. mit Hilfe einesSpektrumanalysators zu untersuchen. Bild 12 zeigt das Spektrum eines 10 MHz-Oszillators bei Verwendung der integrierten Schaltungen SN74ALS1004 bzw.SN74AS1004 in einer Schaltungsanordnung wie in Bild 10. Die beiden Bauelementezeigen in dieser Hinsicht praktische die gleichen Eigenschaften. Die Messung wurdemit einer Bandbreite des Spektrumanalysators von 3 kHz durchgeführt. Der spektraleRauschabstand beträgt fast 80 dB. Die später gezeigten Oszillatoren mit CMOS-Schaltungen zeigen ähnliche Eigenschaften.12 Applikationslabor
EB155AQuarzoszillatorenBild 12: Spektrum der 10 MHz-Oszillatoren mit den Schaltungen SN74ALS1004 undSN74AS10043.3 ObertonoszillatorenFür Oszillatoren mit noch höheren Frequenzen werden sinnvollerweise Obertonquarzeverwendet. Um ein Schwingen auf der Grundwelle zu verhindern, wird anstelle desKoppelkondensators ein L/C-Serienschwingkreis eingesetzt, der auf die gewünschteOberwelle abgestimmt ist. Bild 13 zeigt einen Oszillator für eine Frequenz f = 30 MHzmit einem Obertonquarz.Bild 13: Obertonoszillator für 30 MHzDie Werte für die Induktivität L sund die Kapazität C sdes Schwingkreises werdenentsprechen der gewünschten Oszillatorfrequenz f Q(ungeradzahlige Oberwelle desQuarzes) mit der Formelf = 1Q2π ⋅ L ⋅ Cberechnet. Wegen der Anpassung an die niederohmigen Verstärker sollte dabei dieImpedanz der Induktivität niedrig bleiben; hier wurde mit L = 1 µH ein gutes Ergebniserzielt.4 HCMOS-OszillatorenIm Hinblick auf die Verwendung als Verstärkervierpol in Oszillatorschaltungen liegt derwesentliche Unterschied zu bipolaren Gattern im nahezu unendlich hohenEingangswiderstand der HCMOS-Schaltungen. Die Ausgangsimpedanz liegt, ähnlich13 Applikationslabor
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