試作6号 出力波形(オーブンなし)2020年03月10日 13時26分19秒

出力を観測する。手持ちの関係で終端抵抗は47Ωである。
試作5号に比べると出力が大きくなっている。今回も美しい正弦波とはならず。やや歪んでいる。

コメント

_ Bunpei ― 2020年03月11日 08時03分32秒

体調は回復されているようで何よりです。
水晶振動子は、LTSpiceではLCRによる等価回路として扱えるかと思います。2個の振動子を直列接続することによりどのパラメータが改善されることになると考えられるのでしょうか?2個のばらつきのある素子を用いると特性値のブロードニングを起こすこともあると思われるのですが。
ところで、現在の回路はLTSpiceによるシミュレーションが可能ですか?

_ rtm_iino ― 2020年03月14日 13時27分35秒

Bunpei さま

LT Spiceの\LTspiceXVII\examples\Educational\contrib¥quartz.asc
のシュミレーションでACシュミレーションの帯域を狭くして
例えば.ac lin 1001 3.9999e6 4.0001e6
水晶の数を増やして比較すれば理解できると思います。
数年前にWM8805の発振回路で水晶何個まで直列で動作するか実験しました。
実際にネットワークアナライザや水晶インピーダンスメーターを使えば複合回路の4素子モデルなどは出せますがそのレベルではシュミレーションに十分な情報は入らないので駄目だろうと思います。
水晶の場合駆動される電力レベルが変わると特性も変わりますから。
ATカットでもオーバートーンがほとんど出ないような研磨もあるようですし
マウントポイントが2か所でなく4か所の水晶片もあるので単純に等価データを入れたら予測できるというものでもなさそうです。

_ Kon ― 2020年03月17日 22時14分47秒

お返事が遅くなりました。
すでにttm_iinoさまが詳しくコメントしてくださり、ありがとうございます。
Laptechの水晶発振子は、個別に四素子モデルの測定データが添付されていて、シミュレーションに大変助かっています。
発振子だけの回路でシミュレーションしてみると、直列接続の場合、一個の場合に比べてQが6dBアップするのがわかります。ただDriscollさんによれば、発振回路と組み込むと様々な理由で理想値より低くなると書いてありました。

ところで発振回路のシミュレーションですが、これはいつも苦労していることで、直流動作の確認はできますが、発振の振る舞いを確認するまではむずかしいようです。

_ Bunpei ― 2020年03月21日 21時47分12秒

rtm_iino様、Kon様、お返事をどうもありがとうございました。
rtm-iino様のご解説はハイレベル過ぎて残念ながら浅学の私には理解不能でした。
一方、Kon様のご説明によるとQ値が6dB増加するということは、発振のスペクトルの周波数軸の半値幅が1/2になるということかと理解しました。Kon様の直列は、同じ等価値を持ち発振周波数が同一のものを直列にした場合でしょうか?100ppmくらいずれたものを直列にしても、Q値の改善は同様に得られるものなのでしょうか?

_ Kon ― 2020年03月30日 20時30分30秒

Bunpei様
私も高周波領域については付け焼き刃の知識ですので、細かいところは不勉強で恥ずかしい限りです。

直列接続についてはおっしゃるとおりです。
この場合、同じ性能の水晶発振子を使うことがポイントになるわけですが、幸いにしてメーカーが測定データを添付してくれたので、今回は共振周波数がなるべくそろっているものを選んで使っております。データ上は相対誤差は0.1ppm未満です。

100ppmもずれてしまうと、私は試したことはありませんが、おそらく発振しないのではないでしょうか。

_ rtm.iino ― 2020年03月30日 23時20分47秒

SCカットの場合は負荷容量の指定にもよりますが調整範囲はATカットなどに比べると非常に狭いと思います。
カスタムオーダーだと蒸着モニターしながら周波数調整してもらえると思いますが直列にする数を増やすと発振周波数がシフトしてしまうので負荷容量の指定範囲で目的周波数に同調しない場合が起こるかもしれません。
あと2つの水晶の周波数がずれている場合はロスが増えて特性の揃った水晶よりは発振出力は小さくなってしまいます。

_ Bunpei ― 2020年04月16日 11時57分52秒

Kon様、rtm.iino様、フォローをありがとうございます。
恥ずかしながら、まだ2個直列にした場合の周波数スペクトルのイメージが掴めておりません。2個の和になるのでもなく、単純な差になるのでもないようであり。
2個の選別が必要なのですね。
2個の周波数差が何ppm位以内ならば発振し、それ以上ならば発振しないという目安はございますか?

_ Kon ― 2020年04月17日 12時25分42秒

Bunpei様

2個直列の動作は、ラジオのチューニングに似ていると思います。
混信している二つの電波を聞きやすいように分離するために、二段のフィルターを通過させるとします。二つのフィルターの同調周波数がずれているとフィルターが性能を発揮できず、どちらの局の音声も聞き取れなくなります。反対に一致すれば最高の性能を発揮して、二つの局の音声が分離されてよく聞き取れる。そんなイメージでしょうか。

2個の周波数差に関しては、回路自体のQにも関係してくるでしょうからなんともコメントできません。
ただ言えることは、理想的な位相雑音性能を求めるのであれば、極力周波数差を一致させるべきです。仮に周波数差があるものを使って発振したとしても、一個の場合に比べて性能が劣るとこともありうるかもしれません。

_ Bunpei ― 2020年04月17日 20時37分45秒

Kon様

ご説明をありがとうございます。
例えばこのリンク
http://sudoteck.way-nifty.com/blog/2012/02/post-1d54.html
に可視的イメージのあるラジオの複同調回路のイメージでしょうか。
水晶振動子の直列の場合、等価回路的にこのように複同調回路になるのか、それとも別の表現になるのか、私にはわかっていないのですが。

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