Quarzofenversuche

  • Hallo werte Interessierte,


    ich möchte Euch ein paar Einblicke zu meinem Projekt Quarzofen geben.


    Kurz zur Schaltung:
    Transistorquarzoszillator mit Pufferstufe- (mit jeweils BF199)
    daran anschliessend ein 7pol.Tiefpassfilter, der die 1. Oberwelle um etwas mehr als 50dB dämpft
    Die Heizung erfolgt mit einem schaltenden Regler, bei dem als Heizelement ein BD139 Verwendung findet. Im Heizbetrieb fliessen rund 120mA bei 12,5V Betriebsspannung


    Zusatzinfo: Raumtemperatur im shack 25°C


    1. Test:
    Als Referenz dienen mir der Funkamateur IQ DDS Generator mit der Funkamateur Referenzquelle DCF77 Normal. Das Ausgangssignal (10MHz) des DDS Generators wird über ein Dämpfungsglied meinem TRX K3 zugeführt - Stellung CW.Das Audioausgangssignal wird potenzialfrei der Soundkarte meines PC zugeführt. Dort wird es mit Spectralab V2.76 verarbeitet.


    Bild1 zeigt die zeitliche Änderung der Frequenz des Generators
    praktischerweise - so gut wie fast nix, um das da was wackelt :thumbsup:


    2. Test:
    Statt des DDS Generators speist nun der Quarzofengenerator in das Dämpfungsglied. Alle andere Verdrahtung und die Einstellungen am TRX bleiben unverändert. Die Schaltung war genau einen Tag so im Warmlaufbetrieb.


    Bild2 zeigt die zeitliche Änderung der Frequenz des Generators
    Man erkennt die Ein-Ausschaltzyklen der Heizung des Quarzes. Die Umschaltung lässt die Frequenz um etwas mehr als +/- 0,5 Hz wandern. Nominal ist ein Offset zur Referenz von rund 1Hz vorhanden. Ich finde das schon mal gar nicht so schlecht für den ersten Versuchsaufbau. :thumbsup:


    Bei Interesse gerne mehr


    vy73
    Andy
    DK3JI

  • Die Sache Quarzofen interessiert mich schon , besonders die Langzeitstabilität - wieviel weicht die Frequenz meinetwegen innerhalb von 6 Stunden ab .
    Welche Frequenz stellt sich nach 24 Stunden Einschaltpause ein ? - klar nach der Einlaufzeit.
    Wie stark ist die Frequenzabweichung bei mechanischer Lageveränderung - also Ofen, der liegt, mal stellen usw..

    Hallo Bernd,
    ich hatte um etwa 1980 einen Frequenzzähler mit Quarzofen gebaut. Den Ofen gab es auf dem Flohmarkt für 10DM. Die angegebene Temperatur war 60°C und entsprechenden 10MHz Ofenquarz erschien nach wenigen Tagen von der KVG. Das habe ich nie bereut, da die Frequenz nach 4 Stunden recht stabil ist. Mein Oszillator wurde als Clapp aufgebaut und der Sinus an eine Buchse nach hinten heraus geführt. Zum Messen war ein Schmitttrigger eingebaut und die hintere Buchse auch umschaltbar für externe Einspeisung vorgesehen. Das ich vor einem Jahr ein Rubidium Frequenznormal kaufen würde, wusste ich damals noch nicht. Jetzt lässt sich der Quarzofen bequemer per Scope als mit WW einstellen. Damit wird nur kalibriert, weil mir die Stromaufnahme für einen Dauerbetrieb (68W kalt und 30W warm) zu hoch erscheint.

  • Hallo werte Interessierte,


    hier ein paar Schnappschüsse, die während der Entstehung gemacht wurden. Zu jenem Zeitpunkt waren weder der Tiefpass noch die Teilerkette im Gehäuse verbaut. Das Weissblechgehäuse entstammt dem Müll- früher war dort mal ein Tuner beherbergt. Weil es einige fest gepunktete Schraubbolzen hat, nehme ich das gerne für erste Versuche. Man darf sich nicht daran stören, dass die Platinen schief sitzen. Andernfalls hätte es zu Schlüssen geführt.


    Bild1 zeigt Reglerplatine (links) und den Oszillator(rechts)


    Bild2 - die thermische Kopplung in quick and dirty
    Der grüne Trimmkondensator ist einer Kapazitätsdiode mit Zusatzbeschaltung zur Feinabstimmung per Widerstandstrimmer gewichen. Die C-Diode stammte aus einem ollen Sattuner und ich kenne deshalb weder Typ noch Variationsbereich. Das macht aber nichts, da ich ja nur Bruchteile verstimmen will (ein paar Hz allenfalls).


    In Bild3 ist ein Teil der Isolierung zu erkennen. Bevor der Deckel geschlossen wurde, deckte ich noch mit weiterem Schaumstoff alles ab.


    Heute werde ich sehen, wie weit nach 48 Stunden eine Drift eingetreten ist.
    Was mich auch interessiert ist die Dauer und das Einlaufverhalten bei Raumtemperatur. Das will ich mit dem DDS Generator auch noch durchführen. Grundsätzlich frage ich mich aber, ob die Aufbereitung im TRX -hier im Besonderen der BFO nicht einen zusätzliche Fehler einbringt. Um einen Gegenversuch zu unternehmen, werde ich eine Mischerbruppe aufbauen(bzw. eine schon existierende auf Basis des MC1496), die das Referenzsignal 10MHz +1kHz und meine Quarzschaltung mischen. Herabgemischt in die Nf Ebene und per Tiefpass bereinigt, schalte ich so zumindest eine Drift durch den TRX aus.


    Bernd:


    Ich will keine teuren Spezialquarze kaufen. Versuche mit einem stetigen Regler sollen noch
    folgen...aber alles bitte in slowmotion...


    vy73
    Andy
    DK3JI

  • Hallo Andy,


    um an das Thema Regler für die Heizung anzuknüpfen: muss der Ofen schnell aufgeheizt sein oder soll er dauernd laufen?
    Wenn zweiteres, dann den Schaltregler lassen, die Hysterese verkleinern, eine Grundlast (ein Widerstand, der dauernd an ist) vorsehen und eine thermische Masse einbauen, die die Regelbewegungen ausmittelt. Das funktioniert hervorragend.
    Wenn es schnell gehen soll, dann den Komparator, der ja schon da ist, durch einen recht hoch verstärkenden OPV ersetzen, der in der Nähe des Sollwertes dann auch analog regelt. Das kostet einiges an Versuchen, ist aber preiswert.


    Edit: Versuch mal, den Transistor und den Temperaturfühler platzmäßig zu tauschen, das macht auch schon was aus.

    73. Bernd, DB1BKA
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    "Das Denken gehört zu den größten Vergnügungen der menschlichen Rasse."
    Bert Brecht

  • Hallo allen Interessierten,


    erst mal vielen Dank an Eric und Chris für die Links. Bernd auch Dir Dank für die Ideen zur Gestaltung rund um die Heizungsregelung.


    Da ich mich im Vorfeld meiner Praxisversuche auch schon nach ähnlichen Aufbauten umgesehen hatte, sind mir einige Grundsätzlichkeiten also vermutlich schon mal vor's Auge gekommen. Einiges ist noch vom Physikunterricht hängen geblieben. Als Stichworte mag ich mal erwähnen:


    - Masse die erwärmt werden muss (Wärmekapazität)
    - Wärmeleitung und Wärmeabstrahlung, Isolierung
    - Vor- und Nachteile der Regler (z.B. PID-Regler vs. 2 Punktregler)
    - der Einfluss der TK der Bauelemente der Oszillatorschaltung
    - Anschwingverhalten des Osillators
    - das Phasenrauschen des Oszillators


    Gestern Abend habe ich als erstes die Frequenz nach gut 48 Stunden Betrieb gemessen: -1,8Hz gegenüber dem Vortag resultierend -2,8Hz zum Nominalwert
    Danach habe ich die Schaltung auf Raumtemperatur abgekühlt: 23 Grad C
    Es folgte dann unter Beobachtung mit Spektralab das Einlaufverhalten. So wie ich vorab schon ohne Spektralab feststellte, stellte sich ein Gleichgewicht nach spätestens 20Minuten ein. Nach 10 Minuten schaltete sich erstmalig die Heizung herunter. Dabei war die Frequenz um 0,4Hz vom Nomnalwert entfernt.


    Dann machte ich noch einen Versuch, das Gehäuse mal auf den "Kopf" zu stellen. Interessanterweise lief die Frequenz mehr als 8Hz über Nominal hinauf. Vor ein paar Minuten prüfte ich die Frequenz und es ist nun wieder die Frequenz erreicht , die ich auch nach mehreren Stunden erreiche (-1Hz zur Nominalfrequenz).


    Was ich bei einemneuen konzentrierteren Aufbau versuchen will, ist vornehmlich eine bessere Kopplung der Wärme an die Oszillatorschaltung. Ich denke, dass es vermutlich sehr günstig ist, wenn man nicht nur an einem Punkt, sondern an möglchst allen Seiten "Flamme gibt"... :D So kann man das auch bei HP sehen.


    Trotzdem bin ich überrascht, wie gut doch mein Schluderaufbau funktioniert- zumndest ohne noch wesentlich genauere Kontrolle zu haben. Gedanken an die Ermittlung der Allan Varianz lass ich im gedanklichen Elfenbeinturm... Ich denke auch nicht an die Zehnerpotenzen..


    vy 73
    Andy
    DK3JI