Прибор для проверки кварцевых резонаторов+кварцевый калибратор

Как работает кварцевый резонатор?

Из кристалла кварца вырезают пластину, кольцо или пруток. На него наносят не менее двух электродов, которые представляют собой токопроводящие полоски. Пластина неподвижна и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний. Когда на электроды подается напряжение, из-за пьезоэлектрического эффекта происходит сжатие, сдвиг или изгиб (в зависимости от того, как был разрезан кварц). Колеблющийся кристалл в этих случаях выполняет роль индуктора. Если частота подаваемого напряжения такая же или очень близкая к своим значениям, то для поддержания работы требуется меньше энергии со значительными различиями. Теперь можно перейти к выделению основной проблемы, именно поэтому, собственно, эта статья и пишется о кварцевом резонаторе. Как проверить, работает ли? Было выбрано 3 метода, о которых будет рассказано.

Свойства кварцевого резонатора

Он превосходит свои ранее существовавшие аналоги, что делает устройство незаменимым во многих электронных схемах и объясняет возможности устройства. Это подтверждается тем, что за первое десятилетие его изобретения в США (не считая других стран) было произведено более 100 тысяч единиц устройств.

Среди положительных свойств кварцевых резонаторов, объясняющих популярность и востребованность устройств:

• добротность, значения которой — 104-106 — превышают параметры ранее применявшихся аналогов (имеют добротность 300);
• небольшие размеры, измеряемые долями миллиметра;
• термостойкость, ее колебания;
• большая продолжительность;
• простота изготовления;
• возможность создавать качественные каскадные фильтры без использования ручных настроек.

У кварцевых резонаторов тоже есть недостатки:

• внешние элементы позволяют регулировать частоту в узком диапазоне;
• имеют хрупкую структуру;
• не переносят излишнего тепла.

Принцип работы кварцевого резонатора

Устройство работает как на основе пьезоэффекта, возникающего на кварцевой пластине, так и на низкотемпературном. Элемент вырезан из цельного кристалла кварца, соблюдая заданный угол. Последний определяет электрохимические параметры резонатора.

Пластины с двух сторон покрыты слоем серебра (подойдут платина, никель, золото). Затем они надежно фиксируются в корпусе, который пломбируется. Устройство представляет собой колебательную систему, имеющую собственную резонансную частоту.

Когда электроды подвергаются воздействию переменного напряжения, пьезоэлектрическая кварцевая пластина изгибается, сжимается, сдвигается (в зависимости от типа обработки кристалла). При этом возникает обратная ЭДС, как это бывает в катушке индуктивности, находящейся в колебательном контуре.

При приложении напряжения с частотой, совпадающей с собственными колебаниями пластины, в устройстве наблюдается резонанс. В то же время:

• для кварцевого элемента амплитуда колебаний увеличивается;
• сопротивление резонатора значительно снижено.

Энергия, необходимая для поддержания колебаний, мала в случае одинаковых частот.

Применение

С развитием радиоэлектроники компакт-диски нашли свое применение в таких устройствах, как:

• кварцевые часы работают на основе эффекта кварцевого резонанса, что позволяет им работать с максимальной точностью;
• различные измерительные приборы, оснащенные кварцевыми резонаторами, являются высокоточными приборами;
• морские эхолоты благодаря кварцевым резонаторам определяют положение различных объектов на больших глубинах под водой (рельеф дна, отмели и различные крупные и мелкие объекты);
• эталонные генераторы;
• радиостанция;
• полосовые фильтры радиоприемников.

Преимущества

Кварцевые резонаторы обладают непревзойденной метрологической точностью. Высокая эффективность работы привела к повсеместной замене аналоговых устройств кварцевыми.

Дополнительная информация. Появление нового материала, такого как графен, может полностью изменить конструкцию резонатора в будущем.

Недостатки

К недостаткам устройства можно отнести тонкость кварцевой пластины, что создает риск ее повреждения.

Проверка сразу двух кварцевых резонаторов

Эта схема позволит вам определить, исправны ли два кварцевых резистора, работающих в диапазоне от 1 до 10 МГц, а также распознать ударные сигналы, проходящие между частотами. Таким образом, вы можете не только определить показатели, но и подобрать наиболее подходящие друг для друга кварцевые резисторы по характеристикам. Схема реализована двумя задающими генераторами. Первый работает с кварцевым резонатором ZQ1 и реализован на транзисторе КТ315Б. Чтобы проверить работу, выходное напряжение должно быть больше 1,2 В и нажмите кнопку SB1. Указанный индикатор соответствует сигналу высокого уровня и логической единице. В зависимости от кварцевого резонатора значение, необходимое для испытания, может быть увеличено (можно увеличить напряжение для каждого испытания на 0,1 A-0,2 В до рекомендованного в официальных инструкциях по эксплуатации механизма). В этом случае на выходе DD1.2 будет 1, а на DD1.3 — 0. Также, сигнализируя о работе кварцевого генератора, будет гореть светодиод HL1. Второй механизм работает аналогичным образом, о нем сообщит HL2. Если они будут запущены одновременно, светодиод HL4 все равно будет гореть.

При сравнении частот двух генераторов их выходные сигналы от DD1.2 и DD1.5 отправляются на DD2.1 DD2.2. На выходах вторых инверторов в схему поступает сигнал с широтно-импульсной модуляцией для сравнения показателей. Визуально это можно увидеть по миганию светодиода HL4. Для повышения точности добавьте частотомер или осциллограф. Если реальные показатели отличаются на килогерцы, то для определения самой высокой частоты кристалла нажмите кнопку SB2. Тогда первый резонатор уменьшит свои значения и тон биений световых сигналов будет ниже. Так что с уверенностью можно сказать, что ZQ1 имеет более высокую частоту, чем ZQ2.

Характеристики средств управления

При постоянном контроле:

1. Прочтите инструкции, которые есть у кристаллического резонатора;
2. Соблюдайте технику безопасности.

Разновидности

Транзисторный генератор

Кварцевые радиодетали бывают разных типов в зависимости от предъявляемых к ним требований. KR делится по следующим характеристикам.

Тип корпуса

1. Громоздкие радиодетали.
2. Модели с плоской поверхностью.

Материал корпуса

• Металл;
• Стакан;
• Полимер.

Форма прибора

• Диск;
• Цилиндр;
• Прямоугольный параллелограмм.

Количество резонансных систем

1. Разделять.
2. Двойной.

Защита корпуса

• Запечатанный;
• Проницаемый;
• Пустой.

Назначение

1. Фильтрация.
2. Поколение.

Как проверить кварц на работоспособность, простая схема

Простой и надежный способ проверить работоспособность кварцевых резонаторов, простая схема генератора для проверки кристаллов кварца. 90% поломок кварцевых резонаторов вызваны пультами дистанционного управления, поэтому остановимся на них пока. Хочу предложить свой метод, проверенный не раз.

На первом этапе никаких устройств не требуется! Понадобится любой радиоприемник или, в худшем случае, музыкальный центр, если приемника нет, но тогда к разъему SV-HF нужно подключить внешнюю антенну по центру, а с радиоприемником делать нечего из-за того, что там есть магнитная антенна.

Включаем на средние волны (СВ), можно на короткие, но там хуже, подносим пульт к ресиверу или антенне музыкального центра и нажимаем кнопки. В приемнике мы услышим характерный звук импульсов, а это значит, что кварцевый резонатор и микросхема с планками в пульте управления уже исправны. Затем вам нужно открыть пульт и проверить светодиод.

Что делать, если мы ничего не слышим в трубке? Не хочу зацикливаться на еде, думаю, от этого все начинают поправляться. Кварц аккуратно припаиваем, не перегревая.

Теперь мы подошли ко второму этапу прямого управления кварцевым резонатором с помощью мультиметра серии 890, который очень распространен. Вставляем в гнездо «Сх» и замеряем емкость; при рабочем резонаторе прибор покажет сотни пФ при одной единичной неисправности, максимум десятки. Вот пример (частота резонатора — емкость на устройстве) 440 кГц-345 пФ 500 кГц-490 пФ 4 мГц-45 пФ.

Как вы понимаете, на эти значения можно положиться относительно, поскольку погрешность этого метода составляет 10-15%. Но мы ведь с самого начала ставили себе цель контролировать рабочего-неработающего и больше ничего.

Есть другой способ, он наиболее точный, но необходимо взять паяльник и припаять к микросхеме К155ЛАЗ очень простую схему (рис. 1). В схеме два резистора 330-670 Ом, конденсатор любой. Вот мы собираем эту схему и если мы подключим вход частотомера к конденсатору, мы узнаем частоту кварца с той точностью, с которой он измеряет ваш частотомер.

А если нет даже частотомера, не расстраивайтесь, возьмите такой же приемник, прикрутите провода 0,5-1 м к свободной ножке конденсатора, прототипу антенны и послушайте сигнал генератора на приемник, в зависимости от частоты кварца на основной гармонике или 3-й или 5-й гармонике, т.е если у вас, например, кварц 440 кГц, то вы услышите сигнал генератора на 440 кГц, 1320 кГц и 2200 кГц и так далее, Это принцип работы кварцевого калибратора, который присутствовал почти во всех военных радиоприемниках.

Удачного ремонта!

Обозначение кварцевого резонатора на электросхеме

Схематическое изображение КР аналогично обозначению конденсатора, только между вертикальными линиями помещен прямоугольник. Эта фигура символизирует кварцевую пластину. Принято обозначать устройство буквами «QX».

Обозначение на схеме кварцевого резонатора

Рабочая частота указана на корпусе резонатора. Например, 12000 означает, что устройство работает в диапазоне 12 тысяч МГц.

Как работает кварцевый резонатор?

Из кристалла кварца вырезают пластину, кольцо или пруток. На него наносят не менее двух электродов, которые представляют собой токопроводящие полоски. Пластина неподвижна и имеет собственную резонансную частоту механических колебаний. Когда на электроды подается напряжение, из-за пьезоэлектрического эффекта происходит сжатие, сдвиг или изгиб (в зависимости от того, как был разрезан кварц). Колеблющийся кристалл в этих случаях выполняет роль индуктора. Если частота подаваемого напряжения такая же или очень близкая к своим значениям, то для поддержания работы требуется меньше энергии со значительными различиями. Теперь можно перейти к выделению основной проблемы, именно поэтому, собственно, эта статья и пишется о кварцевом резонаторе. Как проверить, работает ли? Было выбрано 3 метода, о которых будет рассказано.

Устройство для проверки кварцевых резонаторов

Предлагаемая радиолюбителям для повторения конструкция предназначена для испытаний кварцевых и пьезокерамических резонаторов, а также управляемого генератора частоты до 80 МГц.

Задающий генератор построен на микросхеме интегральной схемы DD1 типа КР531ГГ1. Эта микросхема представляет собой два управляемых генератора, рабочая частота которых задается кварцевыми, пьезокерамическими резонаторами или конденсаторами, подключенными к ее выводам С1, С2. В этом устройстве используется только один генератор этой микросхемы. Резистор R1, подключенный к клеммам C1, C2, облегчает запуск генератора с резонаторами с рабочей частотой ниже 4 МГц, все протестированные резонаторы будут возбуждены на основной резонансной частоте — первой гармонике. Это следует учитывать при проверке резонаторов, предназначенных для работы в радиоприемных и передающих устройствах. Например, гармонические кристаллы на частоте 27 МГц (третья гармоника) будут возбуждены на частоте 9 МГц.

На микросхеме DD2 собран делитель частоты на 2 и 4. Высокочастотный сигнал с выхода F DD1.1 через резистор R1 поступает на вход C включенного D-триггера DD2.1 делителем частоты на 2, с выхода этого триггера сигнал с частотой, равной половине частоты задающего генератора, поступает на второй D-триггер DD2.1, включенный таким же образом. В результате на выходе делителя частоты получается сигнал с частотой в 4 раза ниже частоты основного генератора. Светодиод HL2 своим свечением сигнализирует о том, что исследуемый резонатор находится под напряжением. Микросхема DD3 используется как буферный элемент, что исключает влияние подключенной нагрузки на устойчивость DD1, DD2. Частотомер может быть подключен к частотомеру, способному измерять сигналы с частотой не менее 80 МГц. На частотомер может подаваться сигнал либо с частотой задающего генератора DD1, либо с половинной или четырехкратной частотой ниже, что может быть полезно при использовании внешнего датчика частотомера и соединительного кабеля с недостаточной полосой пропускания. Все применяемые интегральные цифровые микросхемы питаются от стабильного источника напряжения, построенного на стабилизаторе DA1. Когда генератор находится под напряжением с частотой 48 МГц, устройство потребляет ток примерно 90 мА от источника питания. Светодиод HL1 сигнализирует о наличии источника питания. Диод VD1 защищает прибор от инверсии полярности питающего напряжения.

В авторском варианте элементы соединяются между собой на шарнирах тонкой монтажной проволокой, при этом весь слой пленки используется как общий провод. Следует отметить, что разводка силовых и сигнальных цепей требует аккуратности и понимания, поскольку микросхемы серии КР531, 74Ф очень высокочастотные и при неправильной установке могут создавать помехи с широким диапазоном частот.

Подробности. Вместо микросхемы КР531ГГ1 можно использовать КР1531ГГ1, К531ГГ1П. Возможно, есть импортный аналог из серии 74F124N. Импортную микросхему MC74F74N можно заменить любой из серии 74F74N или отечественной КР531ТМ2. Немного изменив схему подключения, можно установить делитель на 10 вместо этой микросхемы, например, собранной на микросхеме КР531ИЕ9, 74Ф160Н с любой приставкой. Можно использовать другие делители частоты ТТЛ или КМОП, способные работать на частоте не менее 80 МГц при напряжении питания +5 В. Микросхему MC74F00N можно заменить любой 74F00N или отечественной серией КР531ЛАЗ, КР1531ЛАЗ. При использовании бытовых микросхем ток, потребляемый устройством, может немного увеличиться. При невозможности приобретения таких микросхем можно временно установить соответствующие микросхемы серии КР1533 вместо DD2 и DD3, при этом рабочий диапазон частот устройства уменьшится до 50… 70 МГц встроенный стабилизатор на фиксированное выходное напряжение +5 В типа L7805ACV, любая серия 7805 может быть установлена ​​в корпусе ТО-220 или отечественной ИМС КР142ЕН5А, КР142ЕН5В. У некоторых стабилизаторов нижняя граница минимального напряжения питания может увеличиваться с 7 В до 8 В. Микросхема стабилизатора напряжения установлена ​​на небольшом радиаторе. Диод 1N4001 можно заменить любым из 1 серии N4001-1 N4007, КД243, КД226. Вместо диодов 1N4148 подходят диоды серий КД503, КД409, 2Д419. Светодиоды подходят для любого общего применения.

Конденсаторы оксидные К50-35, К53-19, К53-30 или аналогичные импортные. Конденсаторы неполярные — керамические К10-17 или аналогичные импортные. Резисторы любого типа бывают малогабаритными, например, С1-4, С2-23, МЛТ. Для проверки резонаторов с кабелями разного диаметра устанавливаются две разные панели. Длина проводов от клемм C1, C2 DD1 должна быть как можно короче. Если вместо резонатора ZQ1 к панелям подключить небольшой переменный конденсатор емкостью 20… 540 пФ, то частоту генератора можно изменить с 12 МГц до 760 кГц. Устройство можно улучшить, если вместо ZQ1 подключить конденсатор частотного регулирования, вход E DD1.2 подключить к общему проводу, выход F DD1.2 подключить к входу Uд или Uc DD1.1, конденсатор емкостью 0,22 подключается к клеммам 12 и 13 DD1 мкФ. После всего этого генератор DD1.2 будет работать на частоте 2 кГц, а на выходе F DD1.1, вывод 7 будет частотно-модулированный сигнал. Кроме того, сигналы противофазной модуляции могут подаваться одновременно на входы Uд, Uc, например, с выхода F DD1.1 и с выхода инвертора DD3.1. Для уменьшения девиации частоты модулирующие сигналы могут подаваться через подстроечные резисторы с сопротивлением 220… 470 Ом. В качестве резонаторов можно использовать не только кварцевые или пьезокерамические резонаторы, но и пьезокерамические фильтры, например, генератор, очень хорошо возбуждаемый фильтрами 10,7 МГц от радиоприемников УКВ. Устройство может использоваться не только для проверки резонаторов, но и как калибратор, микропередатчик, генератор звуковых эффектов, измеритель емкости конденсаторов. Сфера применения микросхемы КР531ГГ1 не ограничивается только описанными в этой статье вариантами, но дешевизна и доступность этой микросхемы позволяет проводить с ней множество экспериментов, что способствует разнообразию повседневной жизни радиолюбителей и расширению интересов.

Что это такое, и зачем он нужен

Устройство является источником высокоточных гармонических колебаний. Имеет по сравнению с аналогами более высокий КПД, стабильные параметры.

Первые образцы современных устройств появились на радиостанциях в 1920-1930 гг. Как элементы со стабильной работой, способные задавать несущую частоту. Они:

• заменил кристаллические резонаторы, работающие на соли Рошеля, появившиеся в 1917 году после изобретения Александра М. Николсона и отличавшиеся своей нестабильностью;
• заменил использовавшуюся ранее схему на катушку и конденсатор, которые не отличались высокой добротностью (до 300) и зависели от перепадов температуры.

Вскоре кварцевые резонаторы стали неотъемлемой частью таймеров и часов. Электронные компоненты с собственной резонансной частотой 32768 Гц, которая в 15-битном двоичном счетчике устанавливает интервал времени в 1 секунду.

Сегодня устройства используются в:

• кварцевые часы, гарантирующие точность вне зависимости от температуры окружающей среды;
• средства измерения, гарантирующие им высокую точность показателей;
• морские эхолоты, которые используются для поиска и построения карт дна, фиксации рифов, отмелей, поиска объектов в воде;
• схемы, соответствующие синтезаторам частот опорных генераторов;
• схемы, используемые для индикации формы волны SSB или телеграфного сигнала;
• радиостанции с сигналом DSB промежуточной частоты;
• полосовые фильтры супергетеродинных приемников, которые стабильнее и лучше LC-фильтров.

Устройства выпускаются в разных корпусах. Они делятся на выводные, используемые при объемном монтаже, и SMD, используемые при поверхностном монтаже.

Как проверить генерацию на кварце осциллографом

Колебаниям отводится одна из важнейших ролей в современном мире. Отсюда и так называемая теория струн, которая утверждает, что все вокруг нас — это просто волны. Но есть и другие варианты использования этих знаний, и один из них — кварцевый резонатор. Просто бывает, что периодически выходит из строя любое оборудование и они не исключение. Как убедиться, что он по-прежнему работает должным образом после серьезной аварии?

О кварцевом резонаторе замолвим слово

Кварцевый резонатор — аналог колебательного контура, основанный на индуктивности и емкости. Но между ними есть разница в пользу первых. Как известно, понятие добротности используется для характеристики колебательного контура. В резонаторе на основе кварца он достигает очень высоких значений — в диапазоне 10 5 -10 7. Кроме того, он более эффективен для всей цепи при изменении температуры, что приводит к увеличению срока службы таких деталей, как конденсаторы. Обозначение кварцевых резонаторов на схеме выполнено в виде вертикально расположенного прямоугольника, который с двух сторон «перекрыт» пластинами. Внешне на чертежах они напоминают гибрид конденсатора и резистора.

Пьезоэлектрики

Фактически, кварц — один из самых распространенных минералов в земной коре. Его доля составляет около 60%! Если полупроводниковые радиокомпоненты в основном сделаны из кремния, кварц также сделан из кремния, но в сочетании с кислородом. Его химическая формула — SiO2.

Кварцевый минерал выглядит так.

минеральный кварц

Ну прямо как сокровище какое-то! Но ценность этого сокровища кроется не в самом кварце, а в том, в каком имуществе он владеет. И этот кварцевый эффект произвел революцию в прецизионной электронике, чтобы генерировать высокостабильные колебания электрического сигнала.

В 19 веке два брата Кюри обнаружили интересное свойство некоторых твердых кристаллов генерировать ЭМП, деформируя эти кристаллы. Деформация — это изменение формы тела посредством скручивания, удара, растяжения и т.д. Затем, ударяя по таким кристаллам, они обнаружили, что они могут излучать какое-то кратковременное напряжение.

пьезоэлектрический эффект

Но они также обнаружили обратный эффект. Когда к этим кристаллам прикладывается напряжение, они деформируются. Это было почти незаметно невооруженным глазом. Этот эффект был назван пьезоэлектрическим эффектом, а вещества — пьезоэлектрическими.

Следует отметить, что ЭДС возникает только при сжатии или растяжении. Возможно, вы думали, что можете сжать такой кристалл тяжелым вакуумом и получать от него энергию на всю жизнь? Неважно, как это! Кстати, пьезоэлектрик радиоэлемента тоже относится к пьезоэлектрикам, и от него можно получить ЭДС. Ниже вы можете увидеть этот случай на видео. Светодиод, припаянный к пьезоэмиттеру, загорается при ударе самого пьезоэмиттера.

Недавно я посмотрел фильм в National Geographic. Там на улице установили целые пьезоэлектрические пластины. Люди ходили по нему и производили электричество, сами того не подозревая). Кстати, очень бесплатная, чистая и возобновляемая энергия. Ладно, кое-что отвлекли… Итак, кристаллы кварца тоже обладают пьезоэлектрическим эффектом и тоже могут генерировать ЭДС или деформироваться (гнуться, менять форму) под действием электрического тока.

Способ № 1

Здесь транзистор КТ368 играет роль генератора. Его частота определяется кварцевым резонатором. При подаче питания генератор запускается. Он создает импульсы, равные частоте его основного резонанса. Их последовательность проходит через конденсатор, который обозначен как C3 (100p). Он фильтрует постоянную составляющую, затем сам импульс передается на аналоговый частотомер, который построен на двух диодах D9B и таких пассивных элементах: конденсаторе C4 (1n), резисторе R3 (100k) и микроамперметре. Все остальные элементы служат для стабильности схемы и чтобы ничего не сгорело. В зависимости от установленной частоты напряжение на конденсаторе C4 может изменяться. Это довольно грубый метод, и его преимущество — легкий вес. И, соответственно, чем выше напряжение, тем выше частота резонатора. Но есть некоторые ограничения: вы должны пробовать его на этой схеме только в том случае, если она находится в приблизительном диапазоне от трех до десяти МГц. Регулировка кварцевых резонаторов, выходящая за рамки этих значений, обычно не является частью любительской радиоэлектроники, но будет Рассмотрим далее конструкцию, в которой диапазон составляет 1-10 МГц.

Обозначение кварцевого резонатора на электрической схеме

Устройство обозначается аналогично конденсатору. Отличие: между вертикальными линиями помещен прямоугольник — символ пластины из кристалла кварца. Стороны прямоугольника и обкладки конденсатора разделены пробелом. Буквенное обозначение устройства — QX может присутствовать на схеме рядом с ним.