Kvarsın sınaqdan keçirilməsi üçün evdə hazırlanmış cihazlar. Kvars rezonatoru - quruluşu, iş prinsipi, necə yoxlanılır. Bir anda iki kvars rezonatorunun yoxlanılması

Bir neçə gün əvvəl hazırlanmış başqa bir cihazı nəzərdən keçirməyi təklif edirik. Bu, ən azı bir çox cihazda istifadə olunan kvarsın səmərəliliyini (iş qabiliyyətini) yoxlamaq üçün kvars rezonatorlarının test cihazıdır. elektron saat. Bütün sistem son dərəcə sadədir, lakin bu sadəlik tələb olunurdu.

Test cihazı bir neçə elektron komponentdən ibarətdir:

  • 2 tranzistor NPN BC547C
  • 2 kondansatör 10nF
  • 2 kondansatör 220pF
  • 2 rezistor 1k
  • 1 rezistor 3k3
  • 1 rezistor 47k
  • 1 LED

6 AA 1,5 V batareya (və ya Krona) ilə təchiz edilmişdir. Bədən konfet qutusundan hazırlanır və rəngli lentlə örtülür.

Kvars test cihazının sxematik diaqramı

Sxema belə görünür:

Sxemin ikinci versiyası:

Yoxlamaq üçün SN1-ə kvars daxil edirik, bundan sonra açarı ON vəziyyətinə keçirik. Əgər LED parlaq işıqla yanırsa, kvars rezonatoru işləyir. Yandırıldıqdan sonra LED yanmazsa və ya çox zəif yanarsa, zədələnmiş bir radio elementi ilə məşğul oluruq.

Əlbəttə ki, bu dövrə daha çox yeni başlayanlar üçündür, bu, salınım tezliyini təyin etmədən sadə bir kvars test cihazıdır. T1 və XT bir generator meydana gətirdi. C1 və C2 - generator üçün gərginlik bölücü. Kvars canlıdırsa, o zaman generator yaxşı işləyəcək və onun çıxış gərginliyi C3, C4, D1 və D2 elementləri ilə düzəldiləcək, tranzistor T2 açılacaq və LED yanacaq. Test cihazı 100 kHz - 30 MHz kvarsın sınaqdan keçirilməsi üçün uyğundur.

Kvars rezonatoru elektron cihaz piezoelektrik effekt, eləcə də mexaniki rezonans üzərində qurulmuşdur. O, radio stansiyaları tərəfindən istifadə olunur, burada daşıyıcı tezliyini saatlarla və taymerlərlə təyin edir, onlarda 1 saniyəlik bir interval təyin edir.

Bu nədir və niyə lazımdır

Cihaz yüksək dəqiqlikli harmonik salınımları təmin edən mənbədir. Analoqlarla müqayisədə daha yüksək iş səmərəliliyinə, sabit parametrlərə malikdir.

Müasir cihazların ilk nümunələri 1920-1930-cu illərdə radiostansiyalarda peyda oldu. daşıyıcı tezliyini təyin etməyə qadir olan sabit işləməli elementlər kimi. Onlar:

  • onlar 1917-ci ildə Alexander M.Nicholsonun ixtirası nəticəsində meydana çıxan və qeyri-sabitliyi ilə xarakterizə olunan Roşel duzunun kristal rezonatorlarını əvəz etdilər;
  • əvvəllər istifadə olunan dövrəni yüksək keyfiyyət əmsalında (300-ə qədər) fərqlənməyən və temperaturun dəyişməsindən asılı olan bobin və kondansatörlə əvəz etdilər.

Bir az sonra kvars rezonatorları taymerlərin və saatların ayrılmaz hissəsinə çevrildi. Elektron komponentlər ikili 15 bitlik sayğacda 1 saniyəyə bərabər vaxt intervalını təyin edən 32768 Hz təbii rezonans tezliyi ilə.

Cihazlar bu gün istifadə olunur:

  • ətraf mühitin temperaturundan asılı olmayaraq işin dəqiqliyini təmin edən kvars saatları;
  • göstəricilərin yüksək dəqiqliyinə zəmanət verən ölçü vasitələri;
  • dib xəritələrinin tədqiqində və yaradılmasında, riflərin, dayaz yerlərin fiksasiyasında, suda obyektlərin axtarışında istifadə olunan dəniz əks-sədaları;
  • tezlikləri sintez edən istinad osilatorlarına uyğun olan sxemlər;
  • SSB və ya teleqraf siqnalının dalğa göstəricisi üçün istifadə edilən sxemlər;
  • aralıq tezlikli DSB siqnalı olan radiostansiyalar;
  • LC filtrlərindən daha sabit və keyfiyyətli olan superheterodin tipli qəbuledicilərin bant keçirici filtrləri.

Cihazlar müxtəlif qutularla istehsal olunur. Onlar toplu montajda istifadə olunan çıxışa və səth montajında ​​istifadə olunan SMD-yə bölünür.

Onların işi aşağıdakılara təsir edən keçid dövrəsinin etibarlılığından asılıdır:

  • tezliyin tələb olunan dəyərdən sapması, parametr sabitliyi;
  • cihazın köhnəlmə dərəcəsi;
  • yükləmə qabiliyyəti.

Kvars rezonatorunun xüsusiyyətləri

Əvvəllər mövcud olan analoqları üstələyir, bu da cihazı bir çoxlarında əvəzolunmaz edir elektron sxemlər və cihazın əhatə dairəsini izah edir. Bunu ABŞ-da ixtiradan sonrakı ilk onillikdə (digər ölkələri nəzərə almadan) 100 min ədəddən çox cihaz istehsal etməsi də təsdiqləyir.

Cihazların populyarlığını və tələbini izah edən kvars rezonatorlarının müsbət xüsusiyyətləri arasında:

  • yaxşı keyfiyyət əmsalı, dəyərləri - 104-106 - əvvəllər istifadə olunan analoqların parametrlərini üstələyir (onların keyfiyyət əmsalı 300);
  • millimetrin fraksiyaları ilə ölçülə bilən kiçik ölçülər;
  • temperatura, onun dalğalanmalarına müqavimət;
  • uzun xidmət müddəti;
  • istehsal asanlığı;
  • kaskad filtrləri qurmaq imkanı Yüksək keyfiyyətəl parametrlərindən istifadə etmədən.

Kvars rezonatorlarının çatışmazlıqları da var:

  • xarici elementlər dar diapazonda tezliyi tənzimləməyə imkan verir;
  • kövrək bir quruluşa sahib olmaq;
  • həddindən artıq istiliyə dözməyin.

Kvars rezonatorunun iş prinsipi

Cihaz kvars boşqabında və aşağı temperaturda özünü göstərən pyezoelektrik effekt əsasında işləyir. Element müəyyən edilmiş bucağa riayət etməklə bir kvars kristalından kəsilir. Sonuncu rezonatorun elektrokimyəvi parametrlərini təyin edir.

Plitələr hər iki tərəfdən gümüş təbəqə ilə örtülmüşdür (platin, nikel, qızıl uyğundur). Sonra onlar möhürlənmiş korpusda möhkəm şəkildə sabitlənirlər. Cihaz öz rezonans tezliyinə malik olan salınım sistemidir.

Elektrodlar alternativ gərginliyə məruz qaldıqda, piezoelektrik xüsusiyyətə malik olan kvars plitəsi əyilir, büzülür, sürüşür (kristalın emal növündən asılı olaraq). Eyni zamanda, bir salınım dövrəsində yerləşən bir induktorda olduğu kimi, əks-EMF görünür.

Plitənin təbii vibrasiyaları ilə üst-üstə düşən tezlik ilə gərginlik tətbiq edildikdə, cihazda rezonans müşahidə olunur. Eyni zamanda:

  • kvarsın elementi salınımların amplitüdünü artırır;
  • rezonatorun müqaviməti xeyli azalır.

Rəqəmləri saxlamaq üçün lazım olan enerji bərabər tezliklərdə azdır.

Elektrik dövrəsində kvars rezonatorunun təyin edilməsi

Cihaz bir kondansatör kimi təyin edilmişdir. Fərq: şaquli seqmentlər arasında düzbucaqlı yerləşdirilir - kvars kristalından hazırlanmış bir boşqabın simvolu. Düzbucaqlının tərəfləri və kondansatör plitəsi boşluqla ayrılır. Diaqramın yaxınlığında cihazın hərf təyinatı ola bilər - QX.

Kvars rezonatorunu necə sınamaq olar

Kiçik məişət texnikası ilə bağlı problemlər güclü bir zərbə aldıqda yaranır. Bu, dizaynda rezonatorları olan qurğular düşdükdə baş verir. Sonuncu uğursuz olur və eyni parametrlərə görə dəyişdirilməsini tələb edir.

Rezonatorun performansını yoxlamaq üçün bir test cihazı lazımdır. KT3102 tranzistoruna, 5 kondansatörə və 2 rezistora əsaslanan dövrə uyğun olaraq yığılmışdır (cihaz tranzistorda yığılmış kvars osilatoruna bənzəyir).

Cihaz bir qoruyucu kondansatör quraşdıraraq qoruyaraq, tranzistorun bazasına və əlaqəli əlaqələrdə mənfi dirəyə qoşulmalıdır. Kommutasiya dövrəsinin enerji təchizatı sabitdir - 9V. Üstəlik, onlar tranzistorun girişinə, onun çıxışına - bir kondansatör vasitəsilə - rezonatorun tezlik parametrlərini təyin edən bir tezlikölçən vasitəsilə qoşulurlar.

Sxem, salınım dövrəsini qurarkən istifadə olunur. Rezonator yaxşı vəziyyətdə olduqda, qoşulduqda, tranzistorun emitentində alternativ gərginliyin görünüşünə səbəb olan salınımlar yaradır. Üstəlik, gərginlik tezliyi rezonatorun oxşar xüsusiyyəti ilə üst-üstə düşür.

Tezlik sayğacı tezliyin baş verməsini aşkar etmirsə və ya tezliyin mövcudluğunu müəyyənləşdirirsə, cihaz nasazdır, lakin ya nominal dəyərdən çox fərqlidir, ya da qutu bir lehimləmə dəmiri ilə qızdırıldıqda çox dəyişir.

Bu cihazın yaradılmasının səbəbi həm alınmış, həm də müxtəlif lövhələrdən lehimlənmiş xeyli miqdarda yığılmış kvars rezonatorları idi və bir çoxunun heç bir təyinatı yox idi. İnternetin sonsuz genişliklərini gəzərək və müxtəliflərini toplamağa və işə salmağa çalışaraq, özümə aid bir şey tapmaq qərarına gəldim. Həm müxtəlif rəqəmsal məntiqlərdə, həm də tranzistorlarda müxtəlif generatorlarla çoxlu təcrübələrdən sonra mən 74HC4060-ı seçdim, baxmayaraq ki, öz-özünə salınımları aradan qaldırmaq da mümkün deyildi, lakin məlum oldu ki, bu cihazın işinə mane olmur.

Kvars sayğacının dövrəsi

Cihaz iki CD74HC4060 generatoruna əsaslanır (74HC4060 mağazada yox idi, lakin məlumat vərəqinə görə onlar hətta "soyuq"dur), biri aşağı tezlikdə, ikincisi yüksək tezlikdə işləyir. Məndə olan ən aşağı tezliklər saat kvars, ən yüksək tezlik isə 30 MHz-də qeyri-harmonik kvars idi. Özünü həyəcanlandırmaya meylli olduqlarına görə, müvafiq LED-lərin göstərdiyi kimi, sadəcə təchizatı gərginliyini dəyişdirərək generatorları dəyişdirmək qərara alındı. Generatorlardan sonra məntiq üzərində təkrarlayıcı quraşdırdım. Bəlkə də R6 və R7 rezistorlarının yerinə kondansatörlər quraşdırmaq daha yaxşıdır (özüm yoxlamadım).

Məlum olub ki, cihazda təkcə kvars deyil, həm də müvafiq bağlayıcılara uğurla qoşulmuş iki və ya daha çox ayaqlı bütün növ filtrlər işə salınıb. Bir "iki ayaqlı" keramika kimi kondansatör 4 MHz-də işə salındı, sonra kvars rezonatoru əvəzinə uğurla istifadə edildi.

Şəkillər göstərir ki, radio komponentlərini yoxlamaq üçün iki növ bağlayıcı istifadə olunur. Birincisi panellərin hissələrindən hazırlanır - çıxış hissələri üçün, ikincisi isə SMD kvars rezonatorları üçün müvafiq deşiklər vasitəsilə relslərə yapışdırılmış və lehimlənmiş bir taxta parçasıdır. Məlumatı göstərmək üçün PIC16F628 və ya PIC16F628A mikro nəzarət cihazında sadələşdirilmiş tezlikölçən istifadə edilmişdir ki, bu da ölçmə həddini avtomatik olaraq dəyişdirir, yəni göstəricidəki tezlik ya da olacaq. kHz ya da MHz.

Cihaz təfərrüatları haqqında

Lövhənin bir hissəsi qurğuşun hissələrinə, bir hissəsi isə SMD-yə yığılır. Lövhə Winstar WH1601A (yuxarı solda kontaktları olan) üçün nəzərdə tutulmuşdur, işıqlandırma üçün istifadə olunan 15 və 16 kontaktları ayrılmır, lakin kimə ehtiyacı varsa, treklər əlavə edə və özü üçün təfərrüatlar. Arxa işığı təyin etmədim, çünki eyni idarəedicidə bəzi telefondan işıqlandırma olmayan bir göstərici istifadə etdim, amma əvvəlcə Winstar idi. WH1601A-ya əlavə olaraq, WH1602B-dən istifadə edə bilərsiniz - iki xəttli, lakin ikinci xətt istifadə edilməyəcək. Bir tranzistor əvəzinə, dövrədə eyni keçiricilikdən hər hansı birini tətbiq edə bilərsiniz, tercihen daha böyük h21 ilə. Lövhədə biri mini USB-dən, digəri körpüdən və 7805-dən iki güc girişi var. Başqa bir vəziyyətdə stabilizator üçün yer də var.

Alətin qurulması

S1 düyməsi ilə qurarkən LF rejimini yandırın (VD1 LED-i yanacaq) və 32768 Hz kvars rezonatorunu müvafiq konnektora (tercihen ana plata kompüter) tənzimləmə kondansatörü C11 ilə göstəricidə tezliyi 32768 Hz-ə təyin edin. Rezistor R8 maksimum həssaslığı təyin edir. Bütün fayllar - lövhələr, proqram təminatı, istifadə olunan radio elementləri üçün məlumat cədvəlləri və daha çox, arxivdə yükləyin. Layihə müəllifi - nefedot.

Məqaləni müzakirə edin KVARTS TEZLİĞİNİN YOXLANMASI ÜÇÜN CİHAZ

Müasir rəqəmsal texnologiya yüksək dəqiqlik tələb edir, buna görə də təəccüblü deyil ki, demək olar ki, hər hansı bir rəqəmsal cihaz, bu gün layman nə görsə də, içərisində kvars rezonatoru var.

Etibarlı və sabit mənbələr kimi müxtəlif tezliklər üçün kvars rezonatorları lazımdır harmonik vibrasiya belə ki, rəqəmsal mikrokontroller istinad tezliyinə arxalana bilsin və gələcəkdə rəqəmsal cihazın işləməsi zamanı onunla işləyə bilsin. Beləliklə, kvars rezonatoru salınan LC dövrəsinin etibarlı əvəzedicisidir.

və-dən ibarət sadə bir salınım dövrəsini nəzərdən keçirsək, onda tez aydın olacaq ki, dövrədə belə bir dövrənin keyfiyyət əmsalı 300-dən çox olmayacaq, üstəlik, kondansatörün tutumu ətraf mühitin temperaturundan asılı olaraq üzəcək, eyni endüktans ilə baş verəcəkdir.

Kondansatörlərin və rulonların TKE - kapasitansın temperatur əmsalı və TKI - endüktansın temperatur əmsalı kimi parametrlərə malik olması heç bir şey üçün deyil ki, bu komponentlərin əsas parametrlərinin temperaturun dəyişməsi ilə nə qədər dəyişdiyini göstərir.

Fərqli salınım dövrələri, kvars əsaslı rezonatorlar 10.000-dən 10.000.000-a qədər olan dəyərlərlə ölçülən salınım sxemləri üçün əlçatmaz bir keyfiyyət amilinə malikdir və kvars rezonatorlarının temperatur sabitliyindən söhbət gedə bilməz, çünki tezlik istənilən temperaturda sabit qalır, adətən -40 ° C ilə + 70 ° C arasında.

Belə ki, yüksək temperatur sabitliyi və keyfiyyət faktoru sayəsində kvars rezonatorları radiotexnikada və rəqəmsal elektronikada hər yerdə istifadə olunur.

Saat tezliyini təyin etmək üçün ona həmişə etibarlı şəkildə etibar edə biləcəyi bir saat tezliyi generatoruna ehtiyacı var və bu generator həmişə yüksək tezlikli və eyni zamanda yüksək dəqiqliyə ehtiyac duyur. Burada kvars rezonatoru köməyə gəlir. Əlbəttə ki, bəzi tətbiqlərdə Q faktoru 1000 olan pyezokeramik rezonatorlardan imtina etmək olar və belə rezonatorlar kifayətdir. elektron oyuncaqlar və məişət radioları, lakin daha dəqiq cihazlar kvars tələb edir.

Kvars rezonatorunun işləməsi kvars plitəsindən əmələ gələnə əsaslanır. Kvars silisium dioksid SiO2 polimorfudur və təbii olaraq kristallar və çınqıllar şəklində olur. Yer qabığında sərbəst formada təqribən 12% kvars var, bundan əlavə, kvars digər mineralların tərkibində də qarışıqlarda və ümumiyyətlə, yer qabığında kvarsın (kütləvi payın) 60% -dən çoxunu ehtiva edir. .

Pyezoelektrik xüsusiyyətlərə malik olan aşağı temperaturlu kvars rezonatorlar yaratmaq üçün uyğundur. Kimyəvi cəhətdən kvars çox sabitdir və yalnız hidrofluorik turşuda həll edilə bilər. Sərtlik baxımından kvars opaldan üstündür, lakin almazdan azdır.

Kvars plitəsinin istehsalında, ciddi şəkildə müəyyən edilmiş bir açı ilə kvars kristalından bir parça kəsilir. Kəsmə bucağından asılı olaraq, yaranan kvars plitəsi elektromexaniki xüsusiyyətləri ilə fərqlənəcəkdir.

Beləliklə, özünəməxsus rezonans tezliyinə malik olan salınım sistemi əldə edilir və bu yolla əldə edilən kvars rezonatoru elektromexaniki parametrlərlə təyin olunan öz rezonans tezliyinə malikdir.

İndi plastikləri metal elektrodlara bağlasanız AC gərginliyi rezonans tezliyi verildikdə, rezonans fenomeni görünəcək və plitənin harmonik salınımlarının amplitudası çox əhəmiyyətli dərəcədə artacaqdır. Bu vəziyyətdə rezonatorun müqaviməti çox azalacaq, yəni proses bir sıra salınan dövrədə baş verənlərə bənzəyir. Belə bir "salınan dövrənin" yüksək keyfiyyət faktoruna görə rezonans tezliyində onun həyəcanlanması zamanı enerji itkiləri əhəmiyyətsizdir.

Ekvivalent dövrədə: C2 - tutacaqları olan plitələrin statik tutumu, L - endüktans, C1 - tutum, R - quraşdırılmış kvars plitəsinin elektromexaniki xüsusiyyətlərini əks etdirən müqavimət. Montaj elementlərini çıxarsanız, ardıcıl LC dövrəsi olacaq.

Quraşdırma zamanı çap dövrə lövhəsi, kvars rezonatoru həddindən artıq qızdırılmamalıdır, çünki onun dizaynı olduqca kövrəkdir və həddindən artıq istiləşmə elektrodların və tutucunun deformasiyasına səbəb ola bilər ki, bu da hazır cihazda rezonatorun işinə təsir edəcəkdir. Kvarsı 5730 ° C-ə qədər qızdırsanız, o, piezoelektrik xüsusiyyətlərini tamamilə itirəcək, lakin xoşbəxtlikdən elementi lehimləmə dəmiri ilə belə bir temperatura qədər qızdırmaq mümkün deyil.

Diaqramda bir kvars rezonatorunun təyin edilməsi plitələr arasında düzbucaqlı (kvars plitəsi) və "ZQ" və ya "Z" yazısı olan bir kondansatörün təyinatına bənzəyir.

Tez-tez bir kvars rezonatorunun zədələnməsinin səbəbi onun quraşdırıldığı cihaza düşmə və ya güclü zərbədir, sonra rezonatoru eyni rezonans tezliyi ilə yenisi ilə əvəz etmək lazımdır. Bu cür zədələnmələr düşmək asan olan kiçik ölçülü cihazlar üçün xarakterikdir. Bununla belə, statistikaya görə, kvars rezonatorlarının bu cür zədələnməsi olduqca nadirdir və daha tez-tez cihazın nasazlığı başqa bir səbəbdən yaranır.

Kvars rezonatorunun xidmət qabiliyyətini yoxlamaq üçün yalnız rezonatorun işlədiyinə əmin olmağa deyil, həm də rezonans tezliyini görməyə kömək edəcək kiçik bir zond yığa bilərsiniz. Zond dövrəsi tipik tək tranzistorlu kristal osilator dövrəsidir.

Baza və mənfi arasında rezonatoru işə salmaqla (bu, bir qoruyucu kondansatör vasitəsilə mümkündür. qısaqapanma rezonatorda), rezonans tezliyini tezlikölçən ilə ölçmək qalır. Bu sxem salınım dövrələrinin ilkin tənzimlənməsi üçün də uyğundur.

Dövrə işə salındıqda, sağlam bir rezonator salınımların yaranmasına kömək edəcək və tranzistorun emitentində alternativ bir gərginlik müşahidə edilə bilər, tezliyi sınaqdan keçirilmiş kvars rezonatorunun əsas rezonans tezliyinə uyğun olacaqdır.

Tezlikölçəni zondun çıxışına qoşmaqla istifadəçi bu rezonans tezliyini müşahidə edə biləcək. Tezlik sabitdirsə, rezonatorun bir lehimləmə dəmiri ilə bir qədər qızdırılması tezlikin güclü sürüşməsinə səbəb olmursa, rezonator işləyir. Əgər nəsil yoxdursa və ya tezlik yoxlanılan komponent üçün olduğundan tamamilə fərqli olacaq və ya üzəcəksə, rezonator nasazdır və dəyişdirilməlidir.

Bu zond həm də salınan dövrələrin əvvəlcədən tənzimlənməsi üçün əlverişlidir, bu halda C1 kondansatörü tələb olunur, baxmayaraq ki, rezonatorları yoxlayarkən dövrədən xaric edilə bilər. Devre sadəcə rezonatorun yerinə bağlanır və dövrə eyni şəkildə salınmağa başlayır.

Yuxarıdakı sxemə uyğun olaraq yığılmış zond 15 ilə 20 MHz tezliklərdə olduqca yaxşı işləyir. Digər diapazonlar üçün həmişə İnternetdə sxemləri axtara bilərsiniz, çünki həm diskret komponentlərdə, həm də mikrosxemdə onların çoxu var.