Digitaler RC-Oszillator

[Christoph_Jadanowski_dc5bd6]

Ich bin zufällig auf diese Schaltung hier gestoßen:
http://www.getradar.com/circuits/8_CMOS_RC_Osc.PDF
es ist ein digitaler rc-oszillator. Die Formel zur Ausgangsfrequenzberechnung ist f=K/(R*C). Soweit so gut. Was heisst K? Kann ich auch 74F04 ICs in dieser Schaltung nehmen? Wie siehts mit dem duty cycle aus?

Ich habe auch diese Schaltung hier gefunden:
http://www.e-online.de/public/riederer/rc-oszil.htm
dasselbe in grün. hier lauetet die formel f=1/(1,45*R*C). Es wird aber ein 74HC14 benutzt…

Welche der beiden Schaltungen ist besser? Was heisst K und wie sieht der duty cycle aus?

[Uwe_Beis]

Hallo Christoph,

http://www.getradar.com/circuits/8_CMOS_RC_Osc.PDF
es ist ein digitaler rc-oszillator. Die Formel zur
Ausgangsfrequenzberechnung ist f=K/(R*C). Soweit so gut. Was
heisst K?

K sollte eigentlich eine Konstante sein, die - wenn die Schaltung in Ordnung wäre, sich bestimmen ließe. Die Schaltung ist aber schlecht: Es fließen große Eingangsströme über C1 in den Eingang U1A, weil dort Klemmdioden an beide Betriebsspannungen gehen. Das „versaut“ nahezu jede Möglichkeit, die Schwingfrequenz vorher zu berechnen. Die Schwingfrequenz ist hauptsächlich von dem Ausgangswiderstand U1B abhängig, und damit auch von der Betriebsspannung. Die Schaltung wird üblicherweise so ausgeführt, dass noch ein Widerstand in die Eingangsleitung U1A gelegt wird, der den Strom auf ein vernachlässigbares Maß reduziert. Dann müsste man K mit ungefähr 0,5 ansetzen können (Ich hoffe ich irre mich nicht - ich hab’s nur im Kopf überschlagen) .

Mit Verlaub - ich halte den Autor für einen Diletanten.

Kann ich auch 74F04 ICs in dieser Schaltung nehmen?

Die Inverter müssen hochohmige Eingänge haben und sollten CMOS-Pegel (Ub/2) haben. Das gilt z.B. für 74HCxx, 74ACxx, 40xx, aber m.E. nicht für 74Fxx.

Wie siehts mit dem duty cycle aus?

Wenn Die Inverter CMOS-Pegel (Ub/2) haben, ist der Duty-Cycle recht genau 1:1.

Ich habe auch diese Schaltung hier gefunden:
http://www.e-online.de/public/riederer/rc-oszil.htm
dasselbe in grün. hier lauetet die formel f=1/(1,45*R*C). Es
wird aber ein 74HC14 benutzt…

Das ist eine _ganz_ andere Schaltung. Sie nutzt den Schmitt-Trigger-Effekt der 74HC14. Die Schwingfrequenz ergibt sich auch durch die Hysterese des Eingangs. Die ist von Hersteller zu Hersteller und sogar von Bauteil zu Bauteil unterschiedlich. Die o.g. Formel ist ein Wert, den der Autor für sein Exemplar gefunden hat.

Welche der beiden Schaltungen ist besser?

Beide haben Vor- und Nachteile - ich hasse diese Fragen „was ist besser“, wenn man nicht genau sagt, was man erreichen will.

Was heisst K und wie sieht der duty cycle aus?

Duty Cycle: bei 74HCxx eher in der Nähe von 1:1 als bei 74HCTxx.

Grüße

Uwe

[Christoph_Jadanowski_dc5bd6]

Danke. Da bin ich schonmal nen großen schritt weiter. jetzt möchte ich´s natürlich genauer wissen:

was ich erreichen will? nun ja, eine frequenz im bereich von 14 bis 20 mhz (einstellbar) erzeugen, die zu ca. 3% genau ist. die genauigkeit spielt nicht sooo eine große rolle. denn wenn die schaltung einmal zu meiner zufriedenheit läuft (-> einstellbar), dann sollten die relativ genauen kondensatoren, die ich mir besorgt hab und die 1% widerstände bei so ziehmlich konstanten umgebungsbedingungen (die zimmertemperatur ändert sich hier kaum übers jahr und die spannung krieg ich fast zu 100% konstant hin) ja auch so ziehmlich konstante ergebnisse liefern, oder?

also lassen sich 74F bauteile gar nicht für solche schaltungen gebrauchen oder nur mit einschränkngen (welche…?)? eine ähnliche beispielschaltung mit 74F04 vielleicht? Die Dinger habe ich nämlich massenhaft und ich würde sie eigentlich auch ganz gerne nutzen, da sie schnell und billig sind.

die schaltungsvariante mit dem zweiten widerstand (paralell zu u1a)…ist also besser, ja? die habe ich nämlich in meiner ´hohen schule der elektronik´ von horowitz/hill gesehen.

[Uwe_Beis]

Hallo Christoph,

bereich von 14 bis 20 mhz (einstellbar) erzeugen, die zu ca. 3% genau ist.

Ja, ja, ich weiß - wer im Internet Wert auf korrekte Rechtschreibung legt, muss irgendwie ein Gruftie oder ein Korinthenkacker oder sowas sein. Bin ich beides. Ich sehe sogar extra im Duden nach, wie man Korinthenkacker schreibt. Groß- und Kleinschreibung? - Scheiß 'drauf! Kannst Du das überhaupt noch?

Dann erzähl mir mal, ob es 20 mHz oder 20 MHz sein sollen - beides ist machbar.

die genauigkeit spielt nicht sooo eine große rolle. denn wenn
die schaltung einmal zu meiner zufriedenheit läuft (->
einstellbar),

Einstellbar / genau??? Stell’ es doch genau ein! Bei 20 Mhz gilt ohnehin nur „Versuch macht kluch“. Bauen, und sehen, was 'rauskommt. Bei 20 Mhz läuft kein Gatter mehr so ideal, dass nur R und C ausschlaggebend sind.

dann sollten die relativ genauen kondensatoren,
die ich mir besorgt hab und die 1% widerstände bei so
ziehmlich konstanten umgebungsbedingungen (die
zimmertemperatur ändert sich hier kaum übers jahr und die
spannung krieg ich fast zu 100% konstant hin) ja auch so
ziehmlich konstante ergebnisse liefern, oder?

Ja.

also lassen sich 74F bauteile gar nicht für solche schaltungen
gebrauchen oder nur mit einschränkngen (welche…?)? eine
ähnliche beispielschaltung mit 74F04 vielleicht? Die Dinger
habe ich nämlich massenhaft und ich würde sie eigentlich auch
ganz gerne nutzen, da sie schnell und billig sind.

20 MHz gehen auch mit 74F - 20 mHz nicht.

die schaltungsvariante mit dem zweiten widerstand (paralell zu
u1a)…ist also besser, ja? die habe ich nämlich in meiner
´hohen schule der elektronik´ von horowitz/hill gesehen.

Probieren geht über studieren! Ich könnte jetzt in ca. 3-tägiger Arbeit eine Abhandlung zu Deiner Aufgabenstellung schreiben, und nachher brauchst Du doch was anderes…

Uwe

[Christoph_Jadanowski_dc5bd6]

Tut mir leid, ich lasse mich oft zur Kleinschreibung verleiten, besonders, wenns schnell gehen soll. Gemeint waren MHz. Also nochmal zum 74F… Worauf muss ich besonders auchten, wenn ich damit RC-Oszillatoren bauen will? Die Scahltung von e-online (die auf den 74HC14 zugeschnitten ist…) habe ich auch mit einem 74F04 nachgebaut, Ergebnis: die gewünschte Frequenz habe ich so ungefähr bekommen (jedenfalls im Bereich 500 kHz - 1 MHz), darüber hinaus erreichten die LOW Pegel aber nicht 0 Volt, sondern eher 4 Volt. Ob das jetzt an meinem 30 Jahre alten RFT-Oszilloskop liegt, weiss ich nicht. Ich habe alles probiert, aber das Teil ist irgendwie nicht für so hohe Frequenzen geeignet. Die Zeitbasis lässt sich bis auf 0,2µs einstellen. Zus. hat es noch eine 5 fache Vergrößerung…aber wie gesagt…so prall ist das nicht.

[Uwe_Beis]

Tut mir leid, ich lasse mich oft zur Kleinschreibung
verleiten, besonders, wenns schnell gehen soll. Gemeint waren
MHz. Also nochmal zum 74F… Worauf muss ich besonders
auchten, wenn ich damit RC-Oszillatoren bauen will? Die
Scahltung von e-online (die auf den 74HC14 zugeschnitten
ist…) habe ich auch mit einem 74F04 nachgebaut

Deren Prinzip verlangt nach einem Schmitt-Trigger! Dass auch bei einem einfachen Inverter was 'rauskommt, ist mehr Zufall und steht auf einem anderen Blatt!

, Ergebnis:
die gewünschte Frequenz habe ich so ungefähr bekommen
(jedenfalls im Bereich 500 kHz - 1 MHz),

Ich denke, Du willst 14 - 20 MHz???

darüber hinaus
erreichten die LOW Pegel aber nicht 0 Volt, sondern eher 4
Volt. Ob das jetzt an meinem 30 Jahre alten RFT-Oszilloskop
liegt, weiss ich nicht.

Ich weiß weder, was für Oszis RFT vor 30 Jahren gebaut hat, noch was Du davon für einen abbekommen hast, und schon garnicht, was Du alles für Messfehler machst. Aber es ist eher unwahrscheinlich, das Du mit dem Gerät 20 MHz noch halbwegs vernünftig betrachten kannst!

Ich habe alles probiert, aber das Teil
ist irgendwie nicht für so hohe Frequenzen geeignet. Die
Zeitbasis lässt sich bis auf 0,2µs einstellen. Zus. hat es
noch eine 5 fache Vergrößerung…aber wie gesagt…so prall
ist das nicht.

Offensichtlich nicht. Weißt Du denn wenigstens, was ein 10:1 Tastkopf ist und verwendest ihn? (Wenn nicht, bist Du noch sehr weit davon entfernt, selbständig weiter machen zu können!!)

Die wichtigste, nicht von der Frontplatte erkennbare Eigenschaft eines Oszis ist dessen Grenzfrequenz und steht daher i. A. auf der Frontplatte angegeben.

Zum Oszillator: Die Parameter der 74F-Reihe kenne ich nicht und werde sie Dir zur Liebe auch nicht erkunden. Tu Du das mal selber - Dir zur Liebe! Ich gehe davon aus, dass es sehr schnelle TTL-Gatter, ähnlich Schottky, aber mit geringerer Leistungsaufnahme sind.

TTL-Oszillatoren zu berechnen ist selbst für Frequenzbereiche, bei denen parasitäre Effekte noch keine Rolle spielen, nicht trivial bzw. mangels Spezifikation unmöglich. Bei 20 MHz sind die parasitären Effekte aber eher überwiegend, insbesondere bei der 1. Schaltung ('04).

Bei der '14er-Schaltung: C muss sehr klein sein, in der Nähe der Schaltkapazität. R ebenfalls, in der Nähe des Ausgangswiderstandes. Also nix mit Berechnen - probieren! Ich schätze, wenn man es richtig macht, müsste es funktionieren (mit einer '14!)

Ich mag nicht schätzen, ob das für die Schaltung mit der '04 bei 20 MHz auch noch gilt.

Im Übrigen befürchte ich, dass ich mir die Finger wundtippe, um Dir bei einer Teilaufgabenstellung zu helfen, die in sich schon falsch ist - wofür brauchst Du den Oszillator?

Grüße

Uwe

[Christoph_Jadanowski_dc5bd6]

Auf jeden Fall danke, für deine Mühen bis jetzt, mir die ganze Geschichte zu erklären. Ich habe bisher weder studiert, noch eine Lehre in diesem Bereich absolviert. Ich bin bis vor kurzem Schüler gewesen und jetzt bei der Bundeswehr. Elektronik ist mein Lieblingshobby und ich versuche stets etwas dazuzulernen (man lernt ja bekanntlich auch durch Fehler und Rumprobieren…jedenfalls ein bisschen).

Den Oszillator brauche ich, um eine einstellbare Frequenz im Bereich von 14 bis 20 Mhz zu erzeugen. Diese Frequenz wird als Basisfrequenz in den Taktgeber IC auf dem Mainboard (wird umgangssprachlich oft PLL genannt, obwohl er auch viel mehr als nur einen PLL enthält…) eingespeist, um höhere Frontsidebus Geschwindigkeiten zu erreichen. Die Basisfrequnz beträgt normalerweise 14,318 Mhz. Bis jetzt habe ich einfach immer nur die Quarze getauscht, mit Erfolg. Leider sind die Quarze, an die ich herankommen kann, nur in relativ großen Schritten erhältlich (14,318 Mhz -> 16 Mhz -> 18 Mhz usw.)

In Japan ist ein Frequenzgenerator (TurboPLL) erhältlich, der neben anderen Frequenzen (beim Quarztausch würde ja auch die Uhr schneller laufen usw…) auch eine sehr genau einstellbare Basisfrequenz bietet. Die ´anderen Frequenzen´ wie für Uhr, Floppy und USB habe ich mir bis jetzt immer selbst erzeugt (Hier mein Artikel darüber: http://www.overclockers.com/tips745 ) und die Basisfrequenz wie gesagt durch Quarztauschen erhöht. Mein obiger Artikel ist aus deiner Sicht garantiert total stümperhaft, leichtsinnig und vielleicht auch schlicht falsch. Mag sein. Mein Ziel habe ich trotzdem erreicht (nämlich den angeblich auf 110 Mhz FSB beschränkten KT133 auf 130 Mhz zu bekommen).

Durch den Artikel auf e-online.de mit dem 74HC14 RC-OSzillator bin ich dann auf die Idee für eine einfache Lösung des Problems der einstellbaren Basisfrequenz gekommen und probieren nun, diese Lösung vernünftig für meine Zwecke einzusetzen.

Wie´s aussieht eignen sich solche Lösungen aber nur mit großen Einschränkungen. Mir liegt auch viel daran, die Schaltung so zu bauen, dass sie billig einfach und nachvollziehbar (also dass der Leser meiner Artikel Bauteile kauft und die Schaltung mit Erflog nachbauen kann). Jetzt bin ich auf den 74LS624 gestoßen (VCO bis 20 Mhz: http://www-s.ti.com/sc/ds/sn74ls624.pdf ). Vielleicht ist sowas ja besser?

Bin für jede Anregung und Kritik offen.

[Uwe_Beis]

Hallo Christoph,

ja, ich lebe noch…

Auf jeden Fall danke, für deine Mühen bis jetzt, mir die ganze
Geschichte zu erklären. Ich habe bisher weder studiert, noch
eine Lehre in diesem Bereich absolviert. Ich bin bis vor
kurzem Schüler gewesen und jetzt bei der Bundeswehr.
Elektronik ist mein Lieblingshobby und ich versuche stets
etwas dazuzulernen (man lernt ja bekanntlich auch durch Fehler
und Rumprobieren…jedenfalls ein bisschen).

Also das respektiere ich. So habe ich auch ungefähr angefangen. Und für solche Leute tippe ich mir auch gerne die Finger wund.

Den Oszillator brauche ich, um eine einstellbare Frequenz im
Bereich von 14 bis 20 Mhz zu erzeugen. Diese Frequenz wird als
Basisfrequenz in den Taktgeber IC auf dem Mainboard (wird
umgangssprachlich oft PLL genannt, obwohl er auch viel mehr
als nur einen PLL enthält…) eingespeist, um höhere
Frontsidebus Geschwindigkeiten zu erreichen. Die Basisfrequnz
beträgt normalerweise 14,318 Mhz. Bis jetzt habe ich einfach
immer nur die Quarze getauscht, mit Erfolg. Leider sind die
Quarze, an die ich herankommen kann, nur in relativ großen
Schritten erhältlich (14,318 Mhz -> 16 Mhz -> 18 Mhz
usw.)

In Japan ist ein Frequenzgenerator (TurboPLL) erhältlich, der
neben anderen Frequenzen (beim Quarztausch würde ja auch die
Uhr schneller laufen usw…) auch eine sehr genau einstellbare
Basisfrequenz bietet. Die ´anderen Frequenzen´ wie für Uhr,
Floppy und USB habe ich mir bis jetzt immer selbst erzeugt
(Hier mein Artikel darüber:
http://www.overclockers.com/tips745 ) und die Basisfrequenz
wie gesagt durch Quarztauschen erhöht. Mein obiger Artikel ist
aus deiner Sicht garantiert total stümperhaft, leichtsinnig
und vielleicht auch schlicht falsch. Mag sein. Mein Ziel habe
ich trotzdem erreicht (nämlich den angeblich auf 110 Mhz FSB
beschränkten KT133 auf 130 Mhz zu bekommen).

Lass’ man stecken, das finde ich schon ganz respektabel!

Durch den Artikel auf e-online.de mit dem 74HC14 RC-OSzillator
bin ich dann auf die Idee für eine einfache Lösung des
Problems der einstellbaren Basisfrequenz gekommen und
probieren nun, diese Lösung vernünftig für meine Zwecke
einzusetzen.

Wie´s aussieht eignen sich solche Lösungen aber nur mit großen
Einschränkungen. Mir liegt auch viel daran, die Schaltung so
zu bauen, dass sie billig einfach und nachvollziehbar (also
dass der Leser meiner Artikel Bauteile kauft und die Schaltung
mit Erflog nachbauen kann). Jetzt bin ich auf den 74LS624
gestoßen (VCO bis 20 Mhz:
http://www-s.ti.com/sc/ds/sn74ls624.pdf ). Vielleicht ist
sowas ja besser?

Kein Kritik (heute:wink: Du wolltest ursprünglich die 74F verwenden, weil Du sie zufällig hattest. Das spricht nicht für Dein (oberstes?) Ziel, den Nachbau für Andere zu erleichtern. Andererseits hast Du eine m.E. offensichtlich wirklich naheliegende und sichere Lösung mit der 'LS624 gefunden! Geh den Weg, er ist wohl in jeder Beziehung der beste!

Eins habe ich noch nicht ganz kapiert: Es gibt einige (3?) Frequenzen, die sollen bleiben und andere (5?) die sollen größer werden. Für welche soll der neue Oszillator zuständig sein? Offensichtlich für die 5 zu erhöhenden(?). Wie werden dan die 3 anderen erzeugt - eine 3-fach PLL, die Turbo-PLL, … ? Welches ist „die Basisfrequenz“? Vorher waren 14,… aber nacher? Ich hab’s noch nicht durchschaut.

Bin für jede Anregung und Kritik offen.

Na dann…

Uwe

[Christoph_Jadanowski_dc5bd6]

Das war eindeutig zu wenig Kritik. Ich bin beinahe enttäuscht

Kein Kritik (heute:wink: Du wolltest ursprünglich die 74F
verwenden, weil Du sie zufällig hattest. Das spricht nicht für
Dein (oberstes?) Ziel, den Nachbau für Andere zu erleichtern.
Andererseits hast Du eine m.E. offensichtlich wirklich
naheliegende und sichere Lösung mit der 'LS624 gefunden! Geh
den Weg, er ist wohl in jeder Beziehung der beste!

Ich probiers und poste meine Ergebnisse…

Eins habe ich noch nicht ganz kapiert: Es gibt einige (3?)
Frequenzen, die sollen bleiben und andere (5?) die sollen
größer werden. Für welche soll der neue Oszillator zuständig
sein? Offensichtlich für die 5 zu erhöhenden(?). Wie werden
dan die 3 anderen erzeugt - eine 3-fach PLL, die Turbo-PLL, …
? Welches ist „die Basisfrequenz“? Vorher waren 14,… aber
nacher? Ich hab’s noch nicht durchschaut.

es gibt im Normalfall eine Basisfrequenz, dass sind genau 14,318 Mhz. Diese Frequnez wird im Normalfall mit einem Quarz erzeugt. Daraus erzeugt der Taktgeber auf dem Mainboard FSB, PCI, AGP, Uhr, Floppy und USB. Manche Taktgeber sind anscheinend ´beschränkt worden´ und erlauben trotz ihrer zahlreichen Einstellmöglichkeiten doch nur Einstellungen bis zu einem gewissen ´Punkt´. Um diesen Punkt zu überwinden wird die Basisfrequenz durch einen simplen Quarztausch erhöht. Dabei werden alle anderen Frequenzen um den Faktor der Frequenzerhöhung im Vergleich zum 14,318 Mhz Quarz auch höher. Bei Uhr, Floppy und USB stört das aber unheimlich, da der PC nun nicht mehr vernünftig zu gebrauchen ist. Praktischerweise müssen diese 3 Frequenzen nicht synchron zu den anderen Frequenzen (FSB, AGP, PCI usw.) sein. Deswegen ersetze ich sie durch extern erzeugte Frequenzen (meine Schaltung auf oc´ers.com spart die Floppy Frequenz ein, also nur noch 2 Frequenzen…). Das wäre eigentlich alles. Der PC kann nun evtl. höhere FSBs erreichen, natürlich mit dem Nachteil, dass die AGP und PCI Frequenzen auch schneller werden, aber dagegen lässt sich wohl so leicht nichts machen (da diese Frequenzen synchron zum FSB sein müssen).

Um zum Punkt zu kommen: ich wollte einen digitalen RC-Oszillator nun anstelle des Quarztausches benutzen, um stufenlos einstellbare FSB, PCI und AGP Frequenzen zu bekommen. Die Taktgeber ICs akzeptieren nämlich meistens nicht nur einen Quarz zur Basisfrequenzerzeugung sondern können auch gleich mit ´einer fertigen Frequenz´ gefüttert werden. Ich werds mal mit dem ´LS624 probiern…