Kuvars testi için ev yapımı aletler. Kuvars rezonatör - yapısı, çalışma prensibi, nasıl kontrol edileceği. İki kuvars rezonatörün aynı anda kontrol edilmesi

Birkaç gün önce yapılmış başka bir cihazı değerlendirmeye sunuyoruz. Bu, birçok cihazda kullanılan kuvarsın verimliliğini (çalışabilirliğini) kontrol etmek için kullanılan bir kuvars rezonatör test cihazıdır. elektronik saat. Sistemin tamamı son derece basittir, ancak tam da ihtiyaç duyulan basitlik budur.

Test cihazı birkaç elektronik bileşenden oluşur:

  • 2 NPN BC547C transistör
  • 2 kapasitör 10nF
  • 2 kapasitör 220pF
  • 2 direnç 1k
  • 1 direnç 3k3
  • 1 47k direnç
  • 1 LED

6 adet AA 1,5 V pil (veya Krona) ile çalışır. Gövde şeker kutusundan yapılmış ve renkli bantla kaplanmıştır.

Bir kuvars test cihazının şematik diyagramı

Diyagram şöyle görünür:

Planın ikinci versiyonu:

Kontrol etmek için kuvarsı SN1'e yerleştirin ve ardından anahtarı AÇIK konumuna getirin. LED parlak bir şekilde yanıyorsa kuvars rezonatör çalışıyor demektir. Ve eğer LED açıldıktan sonra yanmıyorsa veya çok zayıf yanıyorsa, hasarlı bir radyo elemanıyla uğraşıyoruz demektir.

Tabii ki, bu devre daha çok yeni başlayanlar için, salınım frekansını belirlemeden basit bir kuvars test cihazını temsil ediyor. T1 ve XT jeneratörü oluşturdu. C1 ve C2 - jeneratör için voltaj bölücü. Kuvars canlıysa, jeneratör iyi çalışacak ve çıkış voltajı C3, C4, D1 ve D2 elemanları tarafından düzeltilecek, T2 transistörü açılacak ve LED yanacaktır. Test cihazı kuvars 100 kHz - 30 MHz'i test etmek için uygundur.

Kuvars rezonatörü elektronik cihaz Piezoelektrik etkinin yanı sıra mekanik rezonans üzerine inşa edilmiştir. Saat ve zamanlayıcılardaki taşıyıcı frekansını ayarladığı ve içlerinde 1 saniyelik bir aralık sabitlediği radyo istasyonları tarafından kullanılır.

Bu nedir ve neden gerekli?

Cihaz, yüksek hassasiyette harmonik salınımlar sağlayan bir kaynaktır. Analoglarla karşılaştırıldığında daha yüksek çalışma verimliliğine ve kararlı parametrelere sahiptir.

İlk örnekler modern cihazlar 1920-1930'da radyo istasyonlarında çıktı. kararlı çalışmaya sahip ve taşıyıcı frekansını ayarlayabilen elemanlar olarak. Onlar:

  • 1917'de Alexander M. Nicholson'un icadı sonucunda ortaya çıkan ve kararsızlıkla karakterize edilen Rochelle tuzu üzerinde çalışan kristal rezonatörlerin yerini aldı;
  • daha önce kullanılan devreyi, yüksek kalite faktörüne sahip olmayan (300'e kadar) ve sıcaklık değişimlerine bağlı olan bir bobin ve kapasitörle değiştirdi.

Bir süre sonra kuvars rezonatörler zamanlayıcıların ve saatlerin ayrılmaz bir parçası haline geldi. Elektronik parçalar 32768 Hz'lik kendi rezonans frekansına sahip olup, ikili 15 bitlik bir sayaçta 1 saniyeye eşit bir zaman periyodu ayarlar.

Cihazlar bugün şu alanlarda kullanılmaktadır:

  • ortam sıcaklığından bağımsız olarak doğruluğunu garanti eden kuvars saatler;
  • göstergelerin yüksek doğruluğunu garanti eden ölçüm cihazları;
  • dip haritalarının araştırılmasında ve oluşturulmasında, resiflerin, sığlıkların kaydedilmesinde ve sudaki nesnelerin aranmasında kullanılan deniz yankı sirenleri;
  • frekansları sentezleyen referans osilatörlere karşılık gelen devreler;
  • SSB veya telgraf sinyalinin dalga gösteriminde kullanılan devreler;
  • ara frekanslı DSB sinyalli radyo istasyonları;
  • LC filtrelere göre daha kararlı ve kaliteli olan süperheterodin alıcıların bant geçiren filtreleri.

Cihazlar farklı gövdelerde üretilmektedir. Hacimsel montajda kullanılan çıkışlara ve yüzey montajında ​​kullanılan SMD'ye ayrılırlar.

Çalışmaları, aşağıdakileri etkileyen anahtarlama devresinin güvenilirliğine bağlıdır:

  • gerekli değerden frekans sapması, parametre kararlılığı;
  • cihazın yaşlanma hızı;
  • yükleme kapasitesi.

Kuvars rezonatörün özellikleri

Daha önce mevcut olan analoglardan daha üstün, bu da cihazı birçok alanda vazgeçilmez kılıyor elektronik devreler ve cihazın kullanım kapsamını açıklar. Bu, icadından bu yana geçen ilk on yılda ABD'de (diğer ülkeleri saymazsak) 100 binden fazla cihazın üretildiği gerçeğiyle doğrulanıyor.

Kuvars rezonatörlerin, cihazlara olan popülerliği ve talebi açıklayan olumlu özellikleri arasında:

  • değerleri - 104-106 - daha önce kullanılan analogların parametrelerini aşan iyi kalite faktörü (300 kalite faktörüne sahiptirler);
  • milimetrenin kesirleriyle ölçülebilen küçük boyutlar;
  • sıcaklığa ve dalgalanmalara karşı direnç;
  • uzun servis ömrü;
  • üretim kolaylığı;
  • kademeli filtreler oluşturma imkanı Yüksek kalite manuel ayarları kullanmadan.

Kuvars rezonatörlerin dezavantajları da vardır:

  • harici elemanlar frekansı dar bir aralıkta ayarlamanıza olanak tanır;
  • kırılgan bir tasarıma sahip;
  • aşırı ısıya tahammül edemez.

Kuvars rezonatörün çalışma prensibi

Cihaz, düşük sıcaklıktaki kuvars plaka üzerinde kendini gösteren piezoelektrik etki temelinde çalışıyor. Eleman, belirtilen açıya uyularak katı bir kuvars kristalinden kesilir. İkincisi rezonatörün elektrokimyasal parametrelerini belirler.

Plakaların her iki tarafı da bir gümüş tabakasıyla kaplanmıştır (platin, nikel, altın uygundur). Daha sonra mühürlü olan muhafazaya sıkıca sabitlenirler. Cihaz, kendi rezonans frekansına sahip bir salınım sistemidir.

Elektrotlar alternatif voltaja maruz bırakıldığında, piezoelektrik özelliklere sahip kuvars plaka bükülür, büzülür ve kayar (kristal işleme türüne bağlı olarak). Aynı zamanda, bir salınım devresinde bulunan bir indüktörde olduğu gibi, içinde bir geri EMF belirir.

Plakanın doğal titreşimlerine uygun frekansta voltaj uygulandığında cihazda rezonans gözlemlenir. Eşzamanlı:

  • kuvars elementi titreşimlerin genliğini arttırır;
  • Rezonatör direnci büyük ölçüde azalır.

Salınımları sürdürmek için gereken enerji, eşit frekanslarda düşüktür.

Elektrik şemasında kuvars rezonatörünün belirlenmesi

Cihaz bir kapasitöre benzer şekilde tasarlanmıştır. Fark: Dikey bölümler arasına bir dikdörtgen yerleştirilir - kuvars kristalinden yapılmış bir plakanın sembolü. Dikdörtgenin kenarlarını ve kapasitör plakasını bir boşluk ayırır. Diyagramın yakınında cihazın bir harf tanımı olabilir - QX.

Kuvars rezonatörü nasıl kontrol edilir

Küçük cihazlarla ilgili sorunlar, güçlü bir darbe aldıklarında ortaya çıkar. Bu, rezonatör içeren cihazlar düştüğünde meydana gelir. İkincisi başarısız olur ve aynı parametrelere göre değiştirilmesi gerekir.

Rezonatörün işlevsellik açısından kontrol edilmesi bir test cihazı gerektirir. KT3102 transistörüne, 5 kapasitöre ve 2 dirence dayalı bir devreye göre monte edilir (cihaz, bir transistör üzerine monte edilmiş bir kuvars osilatöre benzer).

Cihaz, transistörün tabanına ve bağlı bağlantılardaki negatif kutba, koruyucu bir kondansatör takılarak korunmalıdır. Anahtarlama devresinin güç kaynağı sabittir – 9V. Ayrıca, transistörün girişine ve çıkışına, rezonatörün frekans parametrelerini kaydeden bir kapasitör aracılığıyla bir frekans ölçer bağlanır.

Diyagram salınım devresini kurarken kullanılır. Rezonatör düzgün çalıştığında, bağlandığında, transistörün vericisinde alternatif voltajın ortaya çıkmasına neden olan salınımlar üretir. Ayrıca voltaj frekansı rezonatörün benzer bir özelliği ile örtüşmektedir.

Frekans ölçer bir frekansın varlığını tespit etmiyorsa veya bir frekansın varlığını tespit ediyorsa ancak nominal değerden çok farklıysa veya kasa havya ile ısıtıldığında büyük ölçüde değişiyorsa cihaz arızalıdır.

Bu cihazın yaratılmasının nedeni, hem satın alınan hem de farklı kartlardan lehimlenen önemli sayıda birikmiş kuvars rezonatörleriydi ve çoğunda herhangi bir işaret yoktu. İnternetin geniş alanlarında seyahat ederek ve çeşitli olanları bir araya getirip piyasaya sürmeye çalışırken, kendimize ait bir şey bulmaya karar verildi. Hem farklı dijital mantıklarda hem de transistörlerde farklı jeneratörlerle yapılan birçok deneyden sonra 74HC4060'ı seçtim, ancak kendi kendine salınımları ortadan kaldırmak da mümkün olmadı, ancak ortaya çıktığı gibi bu, cihazın çalışması sırasında parazit yaratmıyor .

Kuvars metre devresi

Cihaz iki CD74HC4060 jeneratörünü temel alıyor (74HC4060 mağazada değildi, ancak veri sayfasına göre bunların daha da "daha soğuk" olduğuna karar verilir), biri düşük frekansta, ikincisi yüksek frekansta çalışıyor. Sahip olduğum en düşük frekanslı olanlar saat kuvarsıydı ve en yüksek frekans ise 30 MHz'de harmonik olmayan kuvarstı. Kendi kendilerini uyarma eğilimleri nedeniyle, ilgili LED'lerle gösterilen besleme voltajını değiştirerek jeneratörlerin basitçe değiştirilmesine karar verildi. Jeneratörlerden sonra bir lojik tekrarlayıcı kurdum. R6 ve R7 dirençleri yerine kapasitörler takmak daha iyi olabilir (kendim kontrol etmedim).

Anlaşıldığı üzere, cihaz sadece kuvars değil, aynı zamanda uygun konektörlere başarıyla bağlanan iki veya daha fazla ayaklı her türlü filtreyi de çalıştırıyor. Seramik kapasitöre benzer bir "iki ayaklı" 4 MHz'de başlatıldı ve bu daha sonra kuvars rezonatör yerine başarıyla kullanıldı.

Fotoğraflar, radyo bileşenlerini test etmek için iki tip konektörün kullanıldığını göstermektedir. Birincisi, çıkış parçaları için panel parçalarından yapılmıştır ve ikincisi, SMD kuvars rezonatörleri için ilgili deliklerden raylara yapıştırılmış ve lehimlenmiş bir tahta parçasıdır. Bilgileri görüntülemek için, PIC16F628 veya PIC16F628A mikro denetleyicisinde ölçüm sınırını otomatik olarak değiştiren basitleştirilmiş bir frekans ölçer kullanılır, yani göstergedeki frekans ya kHz veya içinde MHz.

Cihaz ayrıntıları hakkında

Kartın bir kısmı kurşun parçalara, bir kısmı da SMD'ye monte edilmiştir. Kart, Winstar tek hatlı LCD göstergesi WH1601A için tasarlanmıştır (sol üstte kontakları olan budur), aydınlatmaya hizmet eden 15 ve 16 numaralı kontaklar yönlendirilmez, ancak ihtiyacı olan herkes parça ve ayrıntı ekleyebilir kendileri için. Aynı kumandada bazı telefonların arkadan aydınlatmasız göstergesini kullandığım için arka ışığı açmadım ama ilk başta bir Winstar vardı. WH1601A'ya ek olarak WH1602B'yi de kullanabilirsiniz - iki hatlı, ancak ikinci hat kullanılmayacaktır. Devredeki bir transistör yerine aynı iletkenliğe sahip herhangi birini, tercihen daha büyük bir h21'i kullanabilirsiniz. Kartın biri mini USB'den, diğeri köprüden ve 7805'ten olmak üzere iki güç girişi vardır. Başka bir durumda dengeleyici için de yer vardır.

Cihaz kurulumu

S1 düğmesiyle ayarlama yaparken, düşük frekans modunu açın (VD1 LED'i yanacaktır) ve 32768 Hz'de bir kuvars rezonatörünü ilgili konektöre (tercihen anakart bilgisayar) göstergedeki frekansı 32768 Hz'e ayarlamak için C11 ayar kapasitörünü kullanın. Direnç R8 maksimum hassasiyeti ayarlar. Tüm dosyalar - panolar, aygıt yazılımı, kullanılan radyo elemanlarına ilişkin veri sayfaları ve daha fazlası arşivden indirilebilir. Projenin yazarı - nefedot.

KUVARS FREKANSINI KONTROL ETMEK İÇİN CİHAZ makalesini tartışın

Modern dijital teknoloji yüksek hassasiyet gerektirir, bu nedenle bugün ortalama bir insanın dikkatini çeken hemen hemen her dijital cihazın içinde bir kuvars rezonatör bulunması hiç de şaşırtıcı değil.

Güvenilir ve kararlı kaynaklar olarak çeşitli frekanslardaki kuvars rezonatörlere ihtiyaç vardır. harmonik titreşimler böylece dijital mikro denetleyici referans frekansına güvenebilir ve gelecekte dijital cihazın çalışması sırasında onunla çalışabilir. Bu nedenle, bir kuvars rezonatörü, salınımlı bir LC devresinin güvenilir bir alternatifidir.

ve'den oluşan basit bir salınım devresini düşünürsek, devredeki böyle bir devrenin kalite faktörünün 300'ü geçmeyeceği, ayrıca kapasitörün kapasitansının ortam sıcaklığına bağlı olarak dalgalanacağı ve aynı şekilde hemen anlaşılacaktır. endüktansla gerçekleşecek.

Kapasitörlerin ve bobinlerin, bu bileşenlerin ana parametrelerinin sıcaklıklarındaki değişikliklerle nasıl değiştiğini gösteren TKE - sıcaklık kapasitans katsayısı ve TKI - sıcaklık endüktans katsayısı gibi parametrelere sahip olması boşuna değildir.

Farklı salınım devreleri Kuvars bazlı rezonatörler, 10.000 ila 10.000.000 arasındaki değerlerde ölçülen salınım devreleri için ulaşılamayan bir kalite faktörüne sahiptir ve kuvars rezonatörlerin sıcaklık stabilitesi sorunu yoktur, çünkü frekans herhangi bir sıcaklıkta, genellikle - 40°C ila +70°C.

Bu nedenle, yüksek sıcaklık kararlılıkları ve kalite faktörleri nedeniyle kuvars rezonatörler, radyo mühendisliği ve dijital elektronik alanlarında kullanılmaktadır.

Saat frekansını ayarlamak için her zaman güvenilir bir şekilde güvenebileceği bir saat üretecine ihtiyacı vardır ve bu jeneratörün her zaman yüksek frekanslı ve üstelik yüksek hassasiyetli bir saat üretecine ihtiyacı vardır. Burası bir kuvars rezonatörün kurtarmaya geldiği yer. Elbette bazı uygulamalarda kalite faktörü 1000 olan piezoseramik rezonatörlerle de idare edebilirsiniz ve bu tür rezonatörler aşağıdakiler için yeterlidir: elektronik oyuncaklar ve ev radyoları, ancak daha hassas cihazlar kuvars gerektirir.

Bir kuvars rezonatörün çalışması, bir kuvars plaka üzerinde görünen enerjiye dayanmaktadır. Kuvars, silikon dioksit SiO2'nin bir polimorfudur ve doğada kristaller ve çakıl taşları şeklinde bulunur. Serbest formda yer kabuğu yaklaşık %12 oranında kuvars içerir; ayrıca kuvars diğer minerallerle karışım halinde de bulunur ve genel olarak yer kabuğu %60'tan fazla kuvars (kütle oranı) içerir.

Belirgin piezoelektrik özelliklere sahip olan düşük sıcaklıktaki kuvars, rezonatörler oluşturmak için uygundur. Kimyasal olarak kuvars çok kararlıdır ve yalnızca hidroflorik asitte çözülebilir. Kuvars opaldan daha serttir ancak elmas kadar sert değildir.

Kuvars plaka yapılırken, kuvars kristalinden kesin olarak belirlenmiş bir açıyla bir parça kesilir. Kesim açısına bağlı olarak ortaya çıkan kuvars levhanın elektromekanik özellikleri farklılık gösterecektir.

Bu, kendi rezonans frekansına sahip bir salınım sistemi ile sonuçlanır ve bu şekilde elde edilen kuvars rezonatörün, elektromekanik parametrelerle belirlenen kendi rezonans frekansı vardır.

Şimdi metal elektrotlara plastik uygularsanız alternatif akım voltajı rezonans frekansı göz önüne alındığında, rezonans olgusu kendini gösterecek ve plakanın harmonik salınımlarının genliği çok önemli ölçüde artacaktır. Bu durumda rezonatörün direnci büyük ölçüde azalacaktır, yani süreç seri salınım devresinde meydana gelene benzer. Böyle bir "salınım devresinin" yüksek kalite faktörü nedeniyle, rezonans frekansında uyarılması sırasındaki enerji kayıpları ihmal edilebilir düzeydedir.

Eşdeğer devrede: C2 - tutuculu plakaların statik elektrik kapasitesi, L - endüktans, C1 - kapasitans, R - direnç, kurulu kuvars plakanın elektromekanik özelliklerini yansıtır. Montaj elemanlarını çıkarırsanız elinizde bir seri LC devresi kalır.

Kurulum sırasında baskılı devre kartı Kuvars rezonatör aşırı ısınamaz, çünkü tasarımı oldukça kırılgandır ve aşırı ısınma, elektrotların ve tutucunun deformasyonuna yol açabilir, bu da rezonatörün bitmiş cihazdaki çalışmasını kesinlikle etkileyecektir. Kuvarsı 5730°C'ye ısıtırsanız piezoelektrik özelliklerini tamamen kaybedecektir, ancak neyse ki elementi bir havya ile bu sıcaklığa kadar ısıtmak imkansızdır.

Diyagramdaki bir kuvars rezonatörün tanımı, plakalar arasında bir dikdörtgen (kuvars plaka) ve “ZQ” veya “Z” yazısıyla bir kapasitörün tanımlanmasına benzer.

Genellikle bir kuvars rezonatördeki hasarın nedeni, kurulduğu cihazın düşmesi veya güçlü bir darbesidir ve daha sonra rezonatörün aynı rezonans frekansına sahip yenisiyle değiştirilmesi gerekir. Bu tür hasarlar, düşmesi kolay küçük boyutlu cihazlar için tipiktir. Bununla birlikte, istatistiklere göre, kuvars rezonatörlerinde bu tür hasarlar son derece nadirdir ve çoğu zaman cihazın arızası başka bir nedenden kaynaklanmaktadır.

Kuvars rezonatörünün servis edilebilirliğini kontrol etmek için, yalnızca rezonatörün işlevselliğini doğrulamakla kalmayıp aynı zamanda rezonans frekansını da görmeye yardımcı olacak küçük bir prob monte edebilirsiniz. Prob devresi tipik bir tek transistörlü kristal osilatör devresidir.

Taban ile eksi arasındaki rezonatörü açarak (durumda koruyucu bir kapasitör kullanabilirsiniz) kısa devre rezonatörde), geriye kalan tek şey rezonans frekansını bir frekans ölçerle ölçmektir. Bu devre aynı zamanda salınım devrelerinin ön ayarı için de uygundur.

Devre açıldığında, çalışan bir rezonatör salınımların oluşmasına katkıda bulunacaktır ve transistörün vericisinde frekansı test edilen kuvars rezonatörün ana rezonans frekansına karşılık gelecek alternatif bir voltaj gözlemlenebilir.

Kullanıcı, prob çıkışına bir frekans ölçer bağlayarak bu rezonans frekansını gözlemleyebilir. Frekans sabitse, rezonatörün bir havya ile küçük bir şekilde ısıtılması güçlü bir frekans kaymasına yol açmıyorsa, rezonatör çalışıyor demektir. Üretim yoksa veya frekans dalgalanıyorsa veya test edilen bileşen için olması gerekenden tamamen farklı çıkıyorsa, rezonatör arızalıdır ve değiştirilmelidir.

Bu prob aynı zamanda salınım devrelerinin önceden ayarlanması için de uygundur; bu durumda, rezonatörleri kontrol ederken devrenin dışında tutulabilmesine rağmen, C1 kapasitörü gereklidir. Devre rezonatörün yerine basitçe bağlanır ve devre aynı şekilde salınımlar üretmeye başlar.

Yukarıdaki devreye göre monte edilen bir prob, 15 ila 20 MHz arasındaki frekanslarda oldukça iyi çalışır. Diğer aralıklar için, internette her zaman devre şemalarını arayabilirsiniz, neyse ki hem ayrı bileşenlerde hem de mikro devrede birçoğu var.