Kristall för att mata en ripple counter (4020)

[Lotsare]

Jag fattar inte riktigt hur kristaller funkar. Bilden nedan är en exempelkrets från databladet till 4060 med kristall som kopplas mellan klockpinnen och "external resistor"-pinnen. Jag vet inte hur pinnen "external resistor" beter sig, men uppenbarligen ge den spänning till kristallen. Just 4060 är opraktisk därför att den märkligt nog saknar räknesteg 10, och de 3 första vilket verkar vara en industristandard, så man måste ha en sån krets för vart 7:e räknesteg man vill ha i följd.

CD4020BE har däremot ingen "external resistor"-pinne. Ska jag koppla till Vcc istället?
Datablad http://www.nxp.com/documents/data_sheet/HEF4020B.pdf

Kristaller jag har nu är märkta:
"32768" (glasklart, tack!)
"4000 JV" (är det verkligen bara 4000 Hz?)
"CMACKD 4096" [ny rad] "0710" (jag tror det ska vara 4 MHz, betyder 4096 kHz här exakt 4096000 Hz eller 4096*1024?

Eventuella länktips med intro-förklaring till hur man använder kristaller i kretsar mottages tacksamt.

[calmar]

4020 har ingen inbyggd oscillatorkrets vilket 4060:n har, skall du klocka 4020 med kristall så får du bygga en liten oscillatorkrets runt kristallen, t ex en Pierce-oscillator.

[Lotsare]

Ahaaa! Nåja, nättre det än att sakna den tionde timmen på urtavlan. Så man köper en färdig oscillator istället för att pyssla med kristaller?

[Icecap]

Kristaller "fungerar" inte utan tillbehör. De är i grunden bara komponenter som har ganska noga frekvensberoende egenskap.
Alltså måste de ingå i ett kretslopp som gör att man kan utnyttja den egenskap.

Detta kretskopp består alltid av ett förstärkerelement som ser till att kretsloppet går i självsväng och kristallen styr sedan frekvensen den självsväng sker på. I det schemaurklipp du har lagt in är gate'n detta förstärkningselement.

En CD4020 är uteslutande en räknare medan CD4060 är en oscillator & räknare. Det är alltså olika funktioner.

Just 32kHz kristaller kan vara märkta i Hertz, alltså 32768 medan "alla" andra kristaller kan visas i kHz eller MHz. Klart som korvspad eller hur?
Till saken hör att vanliga kristaller inte går så långt ner i frekvens, jag har sett 1MHz men då blir det stora rent fysisk.
Och de går inte över ~100MHz av fysiska orsaker. Sedan finns det ett antal trick så att man kan låtsas att de går högre osv.

Så en kristall märkt 4096 är med mycket stor säkerhet ett 4,096MHz kristall!

Och "exakt" är ett fult ord att använda som du gör det! Kristaller har vanligtvis en noggrannhet på ±100ppm men finns i olika prisklasser med olika noggrannhet. Så det kan vara ett 4,096MHz ±100ppm kristall du har.

Men kristallers frekvens anges i det decimala systemet, inget annat.

Dessa klocka-kristaller (32768Hz) som man ser en del av är ofta lite knepiga att använda. Dels tål de inte värst mycket drifteffekt (därför R2 i schemat), dels måste de belastas korrekt för att vara i närheten av att ha korrekt frekvens (C3 är trimbar) och mönsterkorten ska vara ganska noga gjord för att det ska passa.

Sedan är de, pga. deras fysiska konstruktion, känsliga mot slag och vibrationer, en hel del mer känsliga än vanliga kristaller.

Så kan du vore det nog en bra idé att köpa en färdig oscillator, då ska den bara matas med ström, vara avkopplar rätt och ut kommer det en frekvens.

Men hade du angivit vad du behöver detta för hade du nog kunnat fått bättre svar och bättre alternativ...

[Lotsare]

Skulle en "JO75 OSC 6.0000MHz 5.0V"-oscillator ge 6 miljoner (+/- >600 stycken) regelbundna femvoltsimpulser på sin output-pinne så att den kan driva en 4020-binärräknare? Är förresten felmarginalen konstant för en viss kristall, eller är det en löpande variation från sekund till sekund? Och långsamma oscillatorer (ca 1 kHz) verkar inte vara så lätta att hitta i butik. Man ska förstås alltid använda PIC-liknande datorer även för de simplaste göromål.

http://www.jauch.de/ablage/med_00000197 ... CO-5V0.pdf

Icecap:
Hmmm, jag trodde att en viss kristall bara kunde svänga i en väldigt precis frekvens, eller inte alls.
Betyder "kHz" i kristall- och oscillatorsammanhang 1000 eller 1024?

[sodjan]

"Kilo" är alltid 1000 *utom* om det är bytes eller bits!

> Hmmm, jag trodde att en viss kristall bara kunde svänga i en väldigt precis frekvens, eller inte alls.

Ja, det gör de, inom den specificerade precisionen, typ 100, 50 eller 30 ppm.
Oscillatorer i "burkar" kan vara temp.kontrollerade och ligga på några fåtal ppm.

Men, det viktiga är ju vilka krav du har!

[Icecap]

Lotsare: det står i databladet vilka spänningar som gäller! Läs det!

Kristaller har ett område där de kan fungera som filter/frekvensreferens men man kan, med "fel" belastning, justera detta område en aning. Detta områdes storlek beror på kristallens Q - vilket för 32768Hz kristaller är relativt lågt.

[Lotsare]

Mitt krav är att räkna miljondels sekunder. Kanske 1/100 000 skulle räcka.

JCO14-oscillatorn som jag nämnde ovan har en "frequency range" på 1- 160 MHz.
Vad betyder det? Jag vill ha en oscillator med en enda frekvens. Vad styr vilken frekvens den har i det intervallet? Nu fattar jag ingenting längre. Det kan ju inte hänga på en kondensator eftersom sånas kapacitans och därmed tajming är extremt oexakt.

Jag utgår från att jag kan sätta output från JCO14 direkt till clock input på binärräknaren 4020 och att oscillatorn har inbyggda avkopplingskondensatorer så att dess jord- och Vcc-pinnar kan kopplas direkt till jord och Vcc.

[sodjan]

> JCO14-oscillatorn som jag nämnde ovan har en "frequency range" på 1- 160 MHz.

Den finns i olika modeller.

[Icecap]

En del oscillatorer kan programmeras så att de kan ge ut olika frekvenser.
Det kan även röra sig om en typ som finns i olika versioner.

Och du kan inte utgå ifrån att oscillatorn har inbyggd avkopplingskondensator! Att spänningen kan anslutas är nog ganska klart men man monterar en kondensator så nära spänningsmatningen man kan, allt mellan 10nF och 100nF duger, det viktiga är korta & raka ledningar samt att kondensatorn är av keramisk typ.

Självklart finns det en möjlighet för att det kan fungera utan men det är alltid intressant att sitta med en grej som oftast fungerar men ibland inte...

[adent]

Om du egentligen bara är ute efter en fyrkants-våg i TTL-nivå så kan man köpa en färdig oscillator: T.ex.:

http://www.electrokit.com/oscillatorer.c177

MVH: Mikael

[sodjan]

Och vill ha i slutet ha 1 sek, så ta en som går att
dela ner jämt binärt till 1 sek.

[4kTRB]

Nand-grinden funkar som inverterare
fasvrider RS 180 grader.
2.2k-100p fasvrider 45 grader
kristallen fasvrider 90 grader vid resonans
och sedan C3 fasvrider 45 grader
och du är tillbaka på noll.

Skrev en guide här på forum men nu är bilderna
borta så det är lite svårt att följa guiden.

[Glenn]

Om du egentligen bara är ute efter en fyrkants-våg i TTL-nivå så kan man köpa en färdig oscillator:

"Vågform i TTL-nivå" menar du, brukar inte direkt vara en snygg fyrkansvåg ut ur oscillatorer

[Lotsare]

Tack för bra svar!

Två följdfrågor:

1) När jag kopplar utgången från en oscillator (JCO14, 6.0000 MHz) direkt till 4020:ans klockingång CP så är antingen alla dess utgångar kontant låga, eller så är en av utgångarna konstant hög och resten låga. Jag har till jord en kondensator på 33 nF (prövat med 22 nF, (markeringar: "22n", "33n").

2) Räknaren 4020 räknar av sig själv när klockingången CP svävar oinkopplad. Räknarens fjärde utsignal, ben Q3, har en frekvens på ca 0.5s och följande utgångar räknar prydligt upp binärt, med pauser ibland. Den bara fångar upp nåt ur luften? (Det har i alla fall fördelen att visa att allt utom /min koppling till/kristallen funkar).