Jak zbudować stabilny generator kwarcowy z termiczną stabilizacją?

Witam
Potrzebuję zrobić wysoko stabilny generator kwarcowy do miernika częstotliwości.

Pomysł mam taki:
Generator kwarcowy na bramkach TTL i trymer do dokładnej korekcji częstotliwości natomiast problem zaczyna się przy stabilizacji temperatury.

Kwarc był by ogrzewany za pomocą tranzystora w obudowie TO 220 i sterowany z termistora.

Czy ktoś z kolegów spotkał się już z takim projektem i miał by schemat do układu stabilizacji temperatury? Czy taki układ ma sens?

mkpl napisał:

Potrzebuję zrobić wysoko stabilny generator kwarcowy

Jak wysoko stabilny? I na jaką częstotliwość wyjściową?
Bo te dwa czynniki rzutują na stopień trudności wykonania.

4 MHz bo to do typowego miernika częstotliwości na Pic 16f84A
Układ ma być stabilniejszy niż sam kwarc. Stąd pomysł na ogrzanie go do temperatury około 50 stopni i utrzymanie tej temperatry

A nie lepiej zastosować gotowca z serii, np.TCXO lub podobnych?
Jest to zamknięte w próżni, myślę ze stabilność standardowa ±15ppm powinna wystarczyć. Można też zastosować o wyższej stabilności, np. ±10ppm lub ±5ppm.
Wybór jest dosyć szeroki.
Są również ±1,5ppm lub ±0,5ppm, ale cena jest znacznie większa.

Moze sie to urzadzenie przyda .Dodalem lepszej jakosci...

Generalnie jeżeli ma być stabilny , to sam generator powinien być na tranzystorze.
Warto też rozważyć generator kompensowany termicznie, układ można znacznie uprościć a parametry będą przyzwoite .
Lata temu wykonałem kilka generatorów ( kwarc 3.2768 M ) i kompensacja na termistorze i diodzie pojemnościowej ! Później gdy miałem okazję przetestować swoje cudeńka zapakowane w metalową puszkę i piankę izolacyjną okazało się że generatory "płyną" o kilka max kilkanaście Hz przez 6 h .
Do ustawiania kompensacji używałem miernika na zwykłym generatorze " kostkowym"
1MHz ( sam zmieniał częstotliwość o kilkanaście Hz po godzinie ).
Dodatkowo kompensacja umożliwia pracę praktycznie zaraz po włączeniu , a termostat potrzebuje czasem całkiem sporego czasu na ustabilizowanie się temperatury.
Oczywiście obecnie układ kompensacji można wykonać lepiej i prościej , mimo wszystko sam termistor mimo swoich wad dał zaskakująco dobre parametry.

TCXO jest najlepszym wyjściem, są produkowane z różnymi dokładnościami.
Kiedyś sporo z nimi eksperymentowałem. Trzeba wiedzieć że mimo iż są optymalizowane do temp ok 35* można je w pewnych granicach przestrajać napięciem zasilającym i temp.
W ten sposób jest możliwe wykasowanie odchyłki produkcyjnej.
Pisałem o tym w poście;
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1357159.html
Znacznie większym problemem jest znalezienie wzorca do takiego ustawiania.

Kiedyś znalazłem schemat generatora wzorcowego sterowanego częstotliwością fali nośnej stacji radiowej. Sygnał wzmocniony i obcięty do prostokąta.
O stabilność dba nadawca.
Układ służył do kalibracji chodu zegarków.

wieswas, poczytaj o DCF77.

wieswas napisał:

Kiedyś znalazłem schemat generatora wzorcowego sterowanego częstotliwością fali nośnej stacji radiowej. Sygnał wzmocniony i obcięty do prostokąta.
O stabilność dba nadawca.
Układ służył do kalibracji chodu zegarków.

Ale ten temat jest już nieaktualny od ponad 10 lat -- kiedyś nośna PR I była stabilizowana ale dziś jest to raczej kiepski wzorzec. To informacja z pierwszej ręki, z GUMu

Jeśli potrzebujesz "wzorca" do częstotliwościomierza to masz kilka możliwości:
- tani generator kwarcowy w metalowej obudowie, wyjście sygnału TTL, koszt 5-7zł, dokładność 100ppm
- droższy używany generator OCXO/TCXO, koszt kilkanaście zł do kilkuset zł
- porównywalny jak w/w udbiornik GPS z wyjście 1pps (niektóre mają wyprowadzony sygnał o większej częstości)
- rubidowy wzorzec częstości, z demontażu, na ebay - rzadziej allegro, koszt ok. kilkuset złotych.

Wszystkie opcje z wyjątkiem GPSa dadzą Ci sygnał o częstości innej niż napisana na obudowie - wszystko w skutek starzenia i innych procesów. Ale zawsze możesz kupić używany TCXO/OCXO z możliwości regulacji częstości i porównać z odbiornikiem GPS. To najlepsza rzecz jaką możesz zrobić w warunkach domowych.
Musisz sobie zadać pytanie, jaka dokładność Cię zadowala -- czy 100 Hz przy pomiarze 1 MHz jest ok? Czy może chcesz 0.01 Hz?
Budowanie jakiegokolwiek generatora od podstaw to raczej pomyła.

Budowanie nowych konstrukcji to myślenie, zbieranie wiadomości, nabywanie doświadczenia, takie działania nigdy nie są pomyłką !

Kilka słów wskazówek. Generator budować na rezonatorze kwarcowym 5 MHz w układzie Pierce'a, w oparciu o tranzystor FET. Oczywiście ze stabilizacją temperaturową (60°C) . Zbudowałem taki układ 27 lat temu, służy do dzisiaj .

Nie na bramkach! Podpowiem, sam generator powinien "pracować" na małych sygnałach , potem dopiero wzmocnić go do poziomu logiki cyfrowej. Dlaczego ? Pozostawiam do przemyślenia )

ronwald napisał:

Budowanie nowych konstrukcji to myślenie, zbieranie wiadomości, nabywanie doświadczenia, takie działania nigdy nie są pomyłką !

Zgoda, ale jak, czym i względem czego zmierzysz jakość zbudowanego generatora w warunkach amatorskich? Zmajstrujesz jakiegoś pająka z losowo kupionym kwarcem o losowym cięciu i co, usiądziesz zadowolony że działa? Nie masz szans na weryfikację podstawowych parametrów.

W moim przypadku okazało się, że kwarc wcale nie oscyluje na tej częstotliwości na której miał oscylować. Pomogło "dociążenie" go pojemnościami.

Dokładność miernika częstotliwości (w sumie i generatora wzorcowego) sprawdzam za pomocą DDS.

mkpl napisał:

Dokładność miernika częstotliwości (w sumie i generatora wzorcowego) sprawdzam za pomocą DDS.

A skąd masz sygnał który taktuje DDS?

DDS jest projektu znajomego. Zegar 300MHz taktowany z tcxo podstrojonego na politechnice śląskiej.

Może to nie jest wzorzec rodem z GUMu ale i tak pokazał, że miernik który zrobiłem na zwykłym kwarcu 4 MHz i pic16F84a przy pomiarze 4 MHz pokazywał 3.843 z groszami.

Jak widać jakość kwarców woła o pomstę do nieba... a i sam miernik na takim kwarcu jest kiepski.

Jeśli chodzi o stabilizację temperatury to polecam patent z LM317 + rezystor obciążający i w regulacji napięcia zamiast potencjometru termistor. Kwarc można przylutować do LM317. Czas rozgrzewania ponoć niecała minuta. Patent nie jest mój usłyszałem o nim w klubie SP9PDF podczas pogawędki.

W chwili wolnego czasu sam przetestuję

Już pisałem wcześniej. Kwarc był jako wzorcowy dla tego miernika. Musiałem podokładać pojemności aby go nieco dociążyć. W sumie wyszło po ~ 27p przy większej wartości zrywał drgania lecz obecnie pracuje w miarę stabilnie. Kwarc w wysokiej obudowie opisany jako 4.0000 więc teoretycznie powinien być ok

Stabilizacja temperaturowa kwarcu nie może być oparta o regulator on/off. Klasyczny układ na wzmacniaczu operacyjnym, termistorze i "grzałce" zapewnia stabilizację z błędem +/-0,1°C. Sama budowa termostatu, jego obudowa też wymaga poznania .

ronwald napisał:

Stabilizacja temperaturowa kwarcu nie może być oparta o regulator on/off. Klasyczny układ na wzmacniaczu operacyjnym, termistorze i "grzałce" zapewnia stabilizację z błędem +/-0,1°C. Sama budowa termostatu, jego obudowa też wymaga poznania .

Samo grzanie kwarca nic nie da, trzeba termostatować cały układ -- wszystkie kondensatory, rezystory i półprzewodniki.
Dobrą stabilizację można oprzeć o układ on/off -- pod warunkiem że będzie to PWM.
Osiągnięcie stabilizacji na poziomie 0.1 stopnia wymaga zastosowania układu PI i dobrania nastaw regulatora, wspomniany 'klasyczny' układ nie da takie dokładności ze względu na spore stałe czasowe obecne w układach cieplnych.