きょぼ太郎
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往年の機器に自作HTPCと自作のUSB-DACとを組合せ、音楽、映画を楽しんでます。 スピーカー:Infinity Kappa 6.2i CDプレーヤ:SONY CDP-XA7ES

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日記

水晶発振回路試作/LTspice(その1)

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2019年05月02日

無償の回路シミュレータLTspiceを勉強中ですが、デジタルオーディオ向けの水晶発振回路の試作に先立ち、回路シミュレータにかけてみました。

回路シミュレータにかけるには水晶発振子の等価回路上のパラメータ(fig.1)が必要となりますが、アマチュアが通販で買えるような水晶発振子はパラメータが開示されてません。自力(または他力)でパラメータの抽出が必要となりますが、今回、手持ちの測定器(デジタルテスター、中華廉価スイープアナライザfig.2)で何処までできるかトライしてみました。自分用の備忘録ですが、一応参考までに公開しておきます。
(参考url http://park.geocities.jp/denki_zakka/jikken_osc.html リンク切)

fig.1 水晶発振子の等価回路

fig.2 中華スイープアナライザ


<<水晶発振子パラメータ抽出手順>>
1)C0;デジタルテスターでコンデンサを測定する要領で水晶発振子の端子間の静電容量を測定します。≒C0
2)L1,C1;中華スイープアナライザと自作50Ω系測定冶具にてfs、fsl(fslは今回24pf(CL)を直列に付加)を測定してからfig.3に基づく手計算が必要です。(スイープアナライザは測定冶具上でショートバーと付属-40dBアッテネーターにてキャリブレーションが必須です)
fig.3

3)R1:自作50Ω系測定冶具から水晶発振子を外し、替わりに半固定抵抗を入れ、中華スイープアナライザでスイープさせながらfsと同じ挿入ロスとなる様、半固定抵抗を調整します。取り外しデジタルテスターにて抵抗値を測定します。≒R1

エクセルのワークシートに予め計算式を入れておくと、抽出した数値を代入するだけでパラメータが自動計算できるから便利です。

<<通販で買った水晶発振子パラメータ例>>
あくまでもご参考です。R1の測定精度が甘い様ですので・・・
この中華廉価スイープアナライザはUSBでPCと接続し、PCからWinNWT4というフリーウエアで制御する訳ですが、ジョブを絞ればそこそこ使えるかも?

■Raltron社24.576MHz水晶発振子(秋月電子)
fig.4 共振振幅特性

fig.5 おおまかな等価回路上のパラメータ


■TXC社22.5792MHz水晶発振子(マルツエレック)
fig.6 共振振幅特性

fig.7 おおまかな等価回路上のパラメータ


<<LTspice回路シミュレート例>>
74HCU04一発による回路例
fig.8

fig.9
波形例 24MHz帯のせいか?74HCU04では周波数的に一杯一杯のようで波形が鈍ってます。

fig.10
FFT例 窓はBLACKMANにて 無事24MHz近傍で発振してます。  


ディスクリート編に続くかも?

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