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 :thumbup:


    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. :thumbup:


    Bei Interesse gerne mehr


    vy73
    Andy
    DK3JI

    Zitat von Gleichstromfunker

    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.

    Vy 72/73 de Gerhard

    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
    ______________________________________________________________________________
    "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

    AK

    Hallo werte Interessierte,


    ich konnte den Lötkolben mal wieder nicht ruhen lassen..


    Meinen Aufbau habe ich modifiziert:


    a) stetiger Regler mit veränderter Position des Sensors (am Blech andere Seite gegenüber dem Quarz)


    b) Festlegung der Quarztemperatur (zwischen 58 und 59 Grad Celsius- genaueres geben meine Thermometer nicht raus..)


    c) Einengung der Frequenzvarianz von außen verstellbaren C-Diode (max.5Hz)


    Nach einer Einlaufzeit auf Solltemperatur machte ich den Feinabgleich auf Sollfrequenz (IQ DDS Generator synchronisiert auf DCF77 Signal). Nach ca. 1,5h Betriebszeit entstand der Bildschirmplot. Vorher hatte ich die Auflösung bei Spektralab noch erhöht.


    Ich denke, wenn die Frequenz morgen noch dort ist, wo ich sie heute gemessen habe, dann passt mir das alles wunderbar in's Konzept.


    vy 73
    Andy
    DK3JI

    hallo Allen,


    nach mehr als 7,5 stündigem Betrieb wackelt mein Oszillator nur um rund 0,3Hz. Der Dauerstrom im Heizkreiz beträgt dann bei 12,5V circa 180mA. Heute Abend werde ich noch Versuche zum Einfluss der Speisespannung auf die Frequenz machen. Erste Vorabversuche zeigten aber eine Unempfindklichkeit von <1Hz bei der Veränderung der Betriebsspannung um +/-15%.


    vy73
    Andy
    DK3JI


    P.S. :Zur Erinnerung- es steckt im Aufbau Material von weniger als 30 EUR. Deshalb macht es mir um so mehr Freude, dass es so gut funktioniert.

    AK

    Hallo Bernd,


    ich hatte heute Morgen nur kurz auf den Monitor gesehen und nicht auch noch die Referenz angeschaltet. Es "sah" also so aus, als sei der Oszillator gedriftet. Heute Abend stellte ich aber fest, dass bei dem von mir gewählten Testaufbau mit K3 als RX sich auch eine kleine Drift auswirkt. Das zeigt sich, wenn ich auch eine gleiche Drift beim Anschluss der Referenz messe.


    Ich werde noch testen, ob statt der C-Diode nicht doch besser ein hochwertiger kleiner C-Trimmer besser ist. Je nach Einstellung wirkt sich die Thermik an der C-Diode ungünstig aus- es läuft dann deutlich weg. Ich schreibe aber hier von Abweichungen bis zu +/-1,5Hz.


    Zum wackeln- nun ja, wenn die Frequenz über Tage mal nach oben oder unten driftet und man den Beobachtungszeitraum größer wählt, dann "wackelts". Zumindest gibt es eben die unerwünschte Abweichung vom Soll. hihi


    vy 73
    Andy
    DK3JI

    AK

    Hallo Andreas,


    ich verfolge deine Berichte um Thema hier seit einiger Zeit und habe mir gestern abend alles noch mal angesehen.


    Wenn ich nicht vollkommen daneben liege, dann beeinflusst das Gesamtgebilde K3 dein Messsignal. Das heißt, wenn dein Quarzofen ein stabiles Ausgangssignal liefern würde (also keinerlei Abweichungen von der Sollfrequenz zeigt) und der K3 in der Frequenz wegläuft, dann tut es auch dein Messignal. Oder andersherum: Dein gemessenes Signal ist nur so gut wie alle frequenzbestimmenden Bauteile im Gesamtaufbau.


    Das gleiche passiert auch, wenn deinQuarzofen ein stabiles Ausgangssignal liefert und der K3 steht wie ne eins, dann kann auch immer noch die Taktbasis in deinem PC weglaufen.


    Deine jetzt noch vorhandenen 1 bis 2 Hz "wackeln" könnten auch aus dem K3 oder dem PC oder dem Quarz-Oszillator kommen! Das ist die Frage der Frequenzkonstanz (Änderung pro Zeiteinheit).


    Die Genauigkeit der Frequenz wirst du nur ermitteln können, wenn du dein Oszillatorsignal mit einer Referenz vergleichst, die eine um mindestens eine Zehnerpotenz bessere Genauigkeit hat. Dein Testsignal aus Test 1 (DCF77-syschronisierter Generator) ist dafür sicher geeignet. Dadurch bekommst du eine Aussage zur Abweichung vom Sollwert. Diese Aussage ist aber beschränkt auf den Zeitpunkt der Messung.


    Messen bedeutet ja: Vergleichen mit einem bekannten Wert. Und die Frequenz des K3 ist zum Zeitpunkt deiner Aufzeichnungen eben so wenig bekannt wie die Taktbasis in deinem PC, weil sie sich ja auch über die Zeit ändern (Temepratureinfluss ist auf jeden Fall da, welchen Einfluss haben beispielsweise die Versorgungsspannung des K3 oder des PC, der Luftdruck oder andere Faktoren????).


    Solche Gedanken mache ich mir reglemäßig bei Messungen mit dem NWT weil ja auch dort alles auf einen Abgleich mittels bekannter Dämpfungsglieder (0dB und 40 dB) zurückgeführt wird. Und die Messungen mit dem NWT können folglich nicht genauer sein als die Dämpfungsglieder es beim Abgleich sind, denn damit wird verglichen.


    Du vergleichst dein Oszillatorsignal mit dem "fehlerbehafteten" K3-Frequenzaufbereitung und einem ebenso "fehlerbehafteten" PC-Takt. Folglich kann deine Messung nie genauer sein, als es die Frequenzen im K3 und im PC sind. Und diese beiden Fehler addieren sich auch noch. Und da denke ich mir, dass dein Quarzofen stabilere Signale liefert als die von dir gewählten Referenzen.


    Um es mal richt schaurig vorzuführen (habe ich schon so, wenn auch mit kleineren Abweichungen tatsächlich am Bau erlebt!): Du misst deine Küchenwand zu Hause mit deinem Zollstock aus und kommst zu dem Ergebnis: 4,00 m Breite. Der Schreiner, der die Küche baut, baut eine Küche, die mit seinem Zollstock gemessen auch 4,00 m breit ist. Trotzdem bleibt am Tag des Küchenaufbaues ein Loch von 40 cm, weil ein Zollstock 5% Abweichung vom Sollwert haben darf. Deiner hatte die Abweichung in die eine Richtung, der vom Schreiner in die andere Richtung. Die Küchenwand ist tatsächlich 4,20, die gebaute Küche 3,80m breit. Aber beide Messungen sind auf eine schlechte Referenz zurückgeführt, was zu diesem Fehler führt. Trotzdem ist beiden kein Vorwurf zu machen, denn sie haben beide richtig gemessen.

    vy 72 de DH8DAP, Frank aus Schwelm nr Wuppertal, JO31PG


    Ich bin Westfale von Geburt und Europäer aus Überzeugung!


    http://www.golf19.de

    Hallo Frank, Bernd und alle Interessierten,


    Frank:
    Deine Äußerungen stimmen. Der von mir durchgeführte Test ist erst der Anfang- quasi die GROBE Funktionskontrolle, wenn man so will. Ich habe vor Quarzoszi und Referenzquelle direkt zu mischen und DANN das in die NF gemischte Signal auszuwerten. Dabei bleiben dann weitere Oszillatoren aussen vor. Die resultierende NF wird dann einem Frequenzspannungswandler guter Linearität zugeführt- etwas angepasst, damit ich kleine Frequenzänderungen gut detektieren kann und dann einem Papierschreiber zugeführt. Momentan läuft die Apparatur bereits. Aber wie bereits geschrieben- erst noch am K3.


    Bernd:
    Die C-Diode sitzt nahe bei den aufgeheizten Bauteilen- ABER- Da ich das Teil aus einem alten Receiver gerupft habe und es nun quasi in Freiluftverdrahtung mit den anderen Bauteilen verlötet ist, können sich mechanische Spannungen ausbilden. Vielleicht nur minimal- aber deshalb will ich ja noch den Test mit dem Keramiktrimmer machen. Nachgestricktes hat halt manchmal so seine Tücken..hi


    vy73
    Andy
    DK3JI

    AK

    Hallo allen Interessierten,


    ich habe vor einigen Tagen die Kapazitätsdiodenbeschaltung gegen einen Kleinen Spindelrohrtrimmer ersetzt. Die Drift ist dadurch etwas geringer. Folglich muss ich den Teil der Beschaltung (Versorgung der C-Diodenabstimmung) optimieren.


    Heute habe ich einen -6dB Summierer aufgebaut (Brückenschaltung wie ihn Werner DC4KU in seinem PDF Powersplitter und Combiner) beschreibt. Mit diesem Aufbau will ich sehen, in welchem Maße die Frequenzen driften. Sollte der Einfluss des K3 eine Rolle spielen, so hätte das sichtbar Einfluss auf beide Signale. Driftet einer der beiden Oszillatoren, so laufen dann beide nicht mehr parallel. Eingestellt habe ich die Signale so, dass der Ofenoszillator auf 10 MHz und der IQ DDS 40Hz höher arbeiten.


    Um noch mal grundsätzlich was zu meinem Schluderaufbau zu sagen. Thermisch ist da einiges im Argen. Es gibt scheinbar einen regelrechten Fluß der Wärme. Das ist durch die mechanische Anordnung der Bauteile(Blech am Quarz, Transistor, Fühler plus Rest der Oszillatorschaltung) gegeben. Die Temperatur am Quarz ist m.M nach relativ konstant. Dennoch wird der weitere Raum mit erwärmt und da dort eben Lücken für die Wärme sind, kann Energie abgegeben werden. Augenfällig wurde mir das, als ich heute lüftete und gerade die Front, an der sich auch der Spindelrohrtrimmer befindet von der Frischluft beströmt wurde. Die Frequenz lief weg. Nach provisorischer Dämmung und Aufhebung des Zusatzluftstroms kehrte das Ganze gemächlich zum Ausgangspunkt zurück.


    Meine Erkenntnisse für heute sind, dass es zwar relativ gut gelingt sehr nahe bei der gewünschten Frequenz zu bleiben. Doch warum die Profis Doppelofen bauen und was man alles berücksichtigen muss, ist nun mal nicht im Hauruckverfahren zu bewerkstelligen. Ich werde einen weiteren Aufbau machen und hoffe näher an einen driftarmen Ofenoszillator zu gelangen....hi Kaufen wäre mir zu einfach :D


    vy 73
    Andy
    DK3JI

    Hallo Andreas,
    ich will dich nicht in deinem Elan bremsen, möchte aber trotzdem auf einen Quarzheizer hinweisen, den man für kleines Geld kaufen kann:
    http://www.kuhne-electronic.de…ystal-heater/qh-40-a.html
    Ich habe 10-15 Euro in Erinnerung. Der Heizer ist auf einem Keramiksubstrat zur besseren Wärmeleitung aufgebracht und funktioniert wirklich sehr gut. Deine "Probleme" wären damit gelöst - nur eben kein Selbstbau. Nach meinem Empfinden ist das Preis-Leistungs-Verhältnis unschlagbar.


    Auf meiner Seite findest du auch Fotos vom Innenleben eines OCXOs, der in einem älteren RacalDana-Frequenzzähler verbaut ist - vielleicht sind die Bilder für dich interessant. Die Kunst ist es den Umkehrpunkt des Quarzes zu treffen (und einen besonderen Quarz), wenn man über die Güte eines normalen Quarzheizers hinauskommen möchte.
    http://www.bartelsos.de/dk7jb.…eparatur-fuer-einen-racal


    Grüße Jörn

    Hallo Jörn,


    den Link zu Kuhne kannte ich ja bereits von einem anderen Strang- trotzdem nochmal danke.


    Auf Deiner Seite war ich ja eh schon, und hatte mir mit Interesse alles angesehen.


    Neben den Versuchen mit dem Quarzofen baue ich dann diverse Kleinigkeit drumherum- wie eben den Summierer und die Möglichkeit Daten auch auf einen Schreiber(auch wenns antiquiert erscheinen mag) zu bringen. So habe ich mittlerweile dannn meinen Meßpark soweit erweitert, dass ich auch mal den von mir vor etlichen Jahren gebauten freilaufenden VFO in seinem Gang vermessen kann.
    Es ist ja nicht so, dass ich nun für einen konkreten Fall diesen Oszillator brauchen, doch wie schon mal geschrieben, geht es mir um die Sammlung von Erfahrungen. Wenn ich nämlich danach gehe, was es alles gibt, dann bräuchte man ja auch kein Selbstbauforum....


    vy 73
    Andy
    DK3JI

    AK