Як виміряти кварцовий резонатор мультиметром. Як перевірити кварцовий резонатор мультиметром. За формою корпусу
Резонатором називають систему здатну на коливальні рухи з максимальною амплітудою за певних умов. Кварцовий резонатор - пластина з кварцу, зазвичай у формі паралелепіпеда, діє так при подачі змінного струму (частота для різних пластин різна). Робочу частоту цієї деталі визначає її товщина. Залежність тут обернена. Найбільшу частоту (що не перевищує при тому 50 МГц) мають найтонші пластини.
У поодиноких випадках можна досягти частоти в 200 МГц. Це допустимо тільки при роботі на обертоні (неосновна частота, що перевищує основний показник). Спеціальні фільтри здатні погасити основну частоту кварцової пластини та виділити кратну їй обертонову.
Для роботи підходять лише непарні гармоніки (інша назва обертонів). До того ж, при використанні показання по частоті збільшуються на нижчих амплітудах. Зазвичай максимальним стає дев'ятиразове зменшення висоти хвилі. Далі засікти зміни стає важко.
Кварц відноситься до діелектриків. У поєднанні з парою металевих електродів він перетворюється на конденсатор, але його ємність мала і немає сенсу її заміряти. На схемі ця деталь відображається кристалічний прямокутник між пластинами конденсатора. Кварцовій пластині, як та іншим пружним тілам, властиво наявність своєї резонансної частоти, що залежить від її обсягу. Пластини малої товщини мають вищу резонансну частоту. Як підсумок: необхідно лише вибрати пластину з такими параметрами, у яких частота механічних коливань збігалася з прикладеною до пластини частотою змінної напруги. Кварцова пластина придатна тільки при використанні змінного струму, оскільки постійний струм може спровокувати лише одиничне стиснення або розтискання.
В результаті очевидно, що кварц є дуже простою резонансною системою (з усіма властивостями, притаманними коливальних контурів), але це зовсім не знижує якість його роботи.
Кварцовий резонатор є навіть дієвішим. Показник добротності в нього становить 105 - 107. Резонатори з кварцу збільшують загальний термін служби конденсатора за рахунок своєї температурної стійкості, довговічності та технологічності. Зручності у застосуванні додають і невеликі розміри деталей. Але найголовніша перевага – здатність забезпечувати стабільну частоту.
До мінусів відносять лише вузькість діапазону сонастройки наявної частоти з частотою зовнішніх елементів.
У будь-якому випадку, кварцові резонатори дуже популярні, і використовуються в годиннику, численній радіоелектроніці та інших приладах. У деяких країнах кварцові пластини встановлюються прямо на тротуарах, а люди продукують енергію, просто ходячи туди і назад.
Принцип роботи
Функції кварцового резонатора забезпечуються п'єзоелектричним ефектом. Це явище провокує виникнення електричного заряду у разі, якщо відбувається механічна деформація деяких типів кристалів (з природних сюди відносять кварц та турмалін). Сила заряду при цьому перебуває у прямій залежності від сили деформації. Це називають прямим п'єзоелектричним ефектом. Суть зворотного п'єзоелектричного ефекту полягає в тому, що якщо на кристал впливатиме електричним полем, він буде деформуватися.
Перевірка працездатності
Існує кілька нескладних методів перевірки стану кварцу у механізмі. Ось пара з них:
- Щоб досить точно визначити стан резонатора, потрібно під'єднати до генератора на вихід осцилограф або частометр. Необхідні дані можна буде вирахувати за допомогою фігур Ліссажу. Однак, за подібних обставин можливе ненавмисне збудження коливальних рухів кварцу як на обертонічних, так і основних частотах. Це може створювати неточність вимірів. Такий метод може бути використаний у діапазоні від 1 до 10 МГц.
- Частота роботи генератора залежить від кварцового резонатора. При подачі енергії генератор продукує імпульси, що збігаються із частотою основного резонансу. Низка цих імпульсів пропускається через конденсатор, який відсіює постійний компонент, залишаючи лише обертони, а самі імпульси передаються аналоговому частометру. Його легко можна сконструювати з двох діодів, конденсатора, резистора та мікроамперметра. Залежно від показань за частотою змінюватиметься і напруга на конденсаторі. Даний метод також не відрізняється точністю і може застосовуватися лише в діапазоні від 3 до 10 МГц.
В цілому, достовірну перевірку кварцових резонаторів можна здійснювати лише за умови їх заміни. Та й підозрювати поломку резонатора в механізмі варто тільки в крайньому випадку. Хоча до портативної електроніки, схильної до частих падінь, це не стосується.
Сучасна цифрова апаратура потребує високої точності, тому часто цифрові пристрої містять кварцовий резонатор, який є стабільним і надійним генератором гармонійних коливань. Цифрові працюють на основі цієї постійної частоти і використовують її для роботи цифрового приладу. Кварцові резонатори є надійною заміною контуру коливань, зібраного на конденсаторі та котушці індуктивності.
Добротність контуру коливань на основі котушки та конденсатора не перевищує 300. Вона є характеристикою контуру коливань, що визначає величину смуги резонансу. Добротність показує, скільки разів енергія коливальної системи перевищує втрати енергії протягом одного періоду коливань. Чим більша добротність, тим менше втрачається енергії за один період, і повільніше загасають коливання. Місткість конденсатора у звичайному контурі коливається в залежності від температури середовища. Розмір індуктивності котушки також залежить від багатьох факторів. Існують навіть відповідні коефіцієнти, що визначають залежність цих параметрів елементів від температури.
Кварцові резонатори, на відміну від вищеописаних контурів коливань, мають дуже велику добротність, що досягає значення в кілька мільйонів. При цьому температура в межах -40+70 градусів не впливає на цей параметр. Висока стабільність роботи кварцових резонаторів за будь-якої температури послужила їх широкому застосуванню в цифровій електроніці та радіотехніці.
Різновиди
За типом корпусу:
- Для об'ємної установки (циліндричні та стандартні).
- Для поверхневого монтажу.
За матеріалом корпусу:
- Металеві.
- Скляні.
- Пластикові.
За формою корпусу:
- Круглі.
- Прямокутні.
- Циліндричні.
- Плоскі.
За кількістю резонансних систем:
- Одинарні.
- Подвійні.
З захисту корпусу:
- Герметичні.
- Негерметизовані.
- Вакуумні.
За призначенням:
- Фільтрові.
- Генераторні.
Важливою властивістю кварцових резонаторів для успішної роботи є їхня активність. Але вона визначається лише власними властивостями. Вся електрична схема впливає його активність.
У резонаторах, що використовуються у фільтрах, застосовуються такі ж види коливань, як і генераторних резонаторах. У фільтрах використовуються 2-х та 4-х електродні вакуумні резонатори. Для багатоланкових фільтрів найчастіше застосовуються 4-х електродні, оскільки вони економічніші.
Принцип дії та пристрій
Кварцові резонатори працюють на основі п'єзоелектричного ефекту, що утворюється на кварцовій пластинці. Кварц – це природний кристал. Він є модифікацією сполуки кремнію з киснем, і має хімічну формулу Si O 2 . Масова частка кварцу у земній корі становить близько 60%, у вільному вигляді 12%. В інших мінералах також може бути кварц.
Для виробництва кварцових резонаторів використовують низькотемпературний кварц. Він має виражений п'єзоелектричний ефект. Хімічна стійкість кварцу дуже висока, розчинити кварц здатна лише гідрофторидна кислота. За твердістю кварц стоїть на другому місці після алмазу. Кварцову пластинку для резонатора виготовляють шляхом вирізування шматочка з кварцу під заданим певним кутом. Залежно від цього кута зрізу кварцова пластинка відрізняється різними електромеханічними параметрами.
В результаті утворюється коливальний контур, що має власну частоту резонансу, що визначає роботу всього резонатора. Якщо до електродів пластинки додати змінну напругу з частотою резонансу, то виникне резонансний ефект, а амплітуда коливань пластинки значно підвищиться. При цьому резонатор зменшить опір на значну величину. Цей процес подібний до того процесу, який відбувається в контурі коливань послідовного виду (на основі котушки і конденсатора). Втрати енергії при збудженні кварцового резонатора на частоті резонансу дуже малі, оскільки добротність кварцового контуру коливань дуже висока.
Ця еквівалентна схема складається з:
- R- Опір.
- З 1- Місткість.
- L- Індуктивність.
- С2– Статична електрична ємність пластинок разом із тримачами.
Ці елементи визначають електромеханічні параметри кварцової пластинки. Якщо видалити монтажні елементи, виходить послідовний контур LС. При встановленні на монтажну плату кварцовий резонатор не переносить надмірного нагріву, оскільки його конструкція дуже крихка. Сильне нагрівання може деформувати тримач та електроди, що відбивається на функціонуванні готового кварцового резонатора. Кварц повністю втрачає свої властивості п'єзоелектрика при нагріванні до температури 5370 градусів. Однак паяльник не здатний так сильно розігріватися.
На електричних схемах кварцовий резонатор позначається за аналогією з конденсатором, але між пластинами зображено прямокутник, що символізує кварцову пластинку. На схемі резонатор позначено QX».
Зазвичай причиною несправності кварцового резонатора стає сильний удар або падіння пристрою, в якому він знаходиться. У цьому випадку резонатор підлягає заміні на новий, з такими самими параметрами. Такі несправності виникають у маленьких приладах, які простіше впустити або пошкодити. Але такі пошкодження резонаторів трапляються не часто, і зазвичай несправність пристрою криється зовсім в іншому.
Як перевірити кварцові резонатори.
Для перевірки резонатора на його працездатність збирають спеціальний простий тестер, що допомагає перевірити крім роботи резонатора, ще й його частоту резонансу. Схема такого пристрою нагадує кварцовий генератор, зібраний на транзисторі.
Підключивши резонатор між негативним полюсом та базою транзистора через захисний конденсатор, за допомогою частотоміра вимірюють частоту резонансу. Така схема підходить для настроювання контурів коливань. При увімкненій схемі справний резонатор створює коливання. В результаті на емітері транзистора виникає змінна напруга з частотою резонансу резонатора, що тестується.
Якщо до виходу тестера підключити частотомір, можна виміряти частоту резонансу. При стабільній частоті та невеликому нагріванні корпусу резонатора частота не повинна значно змінюватись. Якщо частотомір не виявляє виникнення частоти, або вона сильно змінюється або має великі відмінності від номіналу, резонатор негідний і вимагає заміни.
При використанні такого тестера для контурів, ємність С1 обов'язкова. Але при перевірці справності резонаторів її присутність у схемі не потрібна. При цьому коливальний контур просто приєднують на місце кварцового резонатора, і тестер починає створювати коливання таким же чином.
Тестер, виконаний за розглянутою схемою, добре зарекомендував себе частоті 15-20 мегагерц. Для інших інтервалів можна знайти інші схеми, що зібрані на мікросхемах та інших компонентах.
Сфера використання
Завдяки стабільності параметрів кварцових резонаторів вони знайшли широке використання у різних областях.
- багато вимірювальні пристрої працюють на основі таких резонаторів, при цьому точність вимірів дуже висока.
- П'єзокварцова пластина застосовується як резонатор морському ехолоті для виявлення об'єктів, розташованих у воді, дослідження дна моря, визначення знаходження мілин та рифів. Це дозволяє вивчення життя в океані в глибоководних районах, а також створення точних карт морського дна.
- До варцеві резонатори знайшли широку популярність у кварцовий годинник Так як частота коливань кварцової пластини практично не залежить від температури, і має малу відносну зміну частоти.
Кварцові резонатори розширюють свою сферу використання, потреба в них постійно збільшується, оскільки вони мають підвищені метрологічні параметри, ефективність роботи.
Що таке генератор? Генератор - це по суті пристрій, який перетворює один вид енергії на інший. В електроніці часто-густо можна почути словосполучення “генератор електричної енергії, генератор частоти , ” тощо.
Кварцовий генератор є генератором частоти і має у своєму складі . В основному кварцові генератори бувають двох видів:
ті, що можуть видавати синусоїдальний сигнал
і ті, що видають прямокутний сигнал
Найчастіше в електроніці використовується прямокутний сигнал
Схема Пірса
Для того щоб порушити кварц на частоті резонансу, нам треба зібрати схему. Найпростіша схема для збудження кварцу – це класичний генератор Пірса, який складається лише з одного польового транзистора і невеликої обв'язки з чотирьох радіоелементів:
Пару слів про те, як працює схема. У схемі є позитивний зворотний зв'язок і в ній починають виникати автоколивання. Але що таке позитивний зворотний зв'язок?
У школі вам ставили щеплення на реакцію Манту, щоб визначити, якщо у вас тубик чи ні. Через деякий час приходили медсестри і лінійкою заміряли вашу реакцію шкіри на це щеплення.
Коли ставили це щеплення, не можна було чухати місце уколу. Але мені, тоді ще салазі, було по барабану. Як тільки я починав тихенько чухати місце уколу, мені хотілося чухати ще більше)) І ось швидкість руки, яка чухала щеплення, у мене завмерла на якомусь піку, тому що робити коливання рукою у мене максимум виходило з частотою Герц в 15. Щеплення Набухала на підлогу руки)) І навіть один раз мене водили здавати кров у підозрі на туберкульоз, але як виявилося, не знайшли. Воно і не дивно;-).
То що це я вам розповідаю тут хохми з життя? Справа в тому, що ця короста щеплення найбільш позитивний зворотний зв'язок. Тобто поки я її не чіпав, чухати не хотілося. Але як тільки тихенько почухав, стало свербіти більше і я почав свербіти більше, і свербіти стало ще більше і тд. Якби на мою руку не було фізичних обмежень, то напевно місце щеплення вже б стерлося до м'яса. Але я міг махати рукою лише з якоюсь максимальною частотою. Так от, такий самий принцип і у кварцового генератора;-). Ледве подав імпульс, і він починає розганятися і вже зупиняється тільки на частоті паралельного резонансу;-). Скажімо так, "фізичне обмеження".
Насамперед нам треба підібрати котушку індуктивності. Я взяв тороїдальний сердечник і намотав з дроту МГТФ кілька витків
Весь процес контролював за допомогою LC-метра, досягаючи номіналу, як на схемі – 2,5 мГн. Якщо не вистачало, додав витки, якщо переборщував номінал, то зменшував. В результаті досяг ось такої індуктивності:
Його правильна назва: .
Розпинування зліва-направо: Сток – Виток – Затвор
Невеликий ліричний відступ.
Отже, кварцовий генератор ми зібрали, подали напругу, залишилося тільки зняти сигнал з виходу нашого самопального генератора. За справу береться цифровий осцилограф
.JPG)
Насамперед я взяв кварц на найбільшу частоту, яка в мене є: 32768 Мегагерц. Не плутайте його з годинниковим кварцом (про нього йтиметься нижче).
Внизу в лівому кутку осцилограф показує частоту:
Як ви бачите 32,77 мегагерц. Головне, що наш кварц живий та схемка працює!
Давайте візьмемо кварц із частотою 27 Мегагерц:
Свідчення у мене стрибали. Заскринив, що встиг:
Частоту теж більш-менш показав правильно.
Ну і аналогічно перевіряємо решту всіх кварців, які у мене є.
Ось осцилограма кварцу на 16 Мегагерц:
Осцилограф показав частоту рівно 16 Мегагерц.
Тут поставив кварц на 6 Мегагерц:
Рівне 6 Мегагерц
На 4 Мегагерці:
Все ОК.
Ну і візьмемо ще радянський на 1 мегагерц. Ось так він виглядає:
Зверху написано 1000 Кілогерц = 1МегаГерц;-)
Дивимося осцилограму:
Робочий!
За великого бажання можна навіть заміряти частоту китайським генератором-частотоміром:
400 Герц похибка для старенького радянського кварцу не дуже багато. Але краще, звичайно, скористатися нормальним професійним частотоміром;-)
Часовий кварц
З вартовим кварцом кварцовий генератор за схемою Пірса відмовився працювати.
"Що ще за годинниковий кварц?" - Запитайте ви. Часовий кварц – це кварц із частотою 32 768 Герц. Чому на ньому така дивна частота? Справа все в тому, що 32768 це і є 2 15 . Такий кварц працює у парі з 15-розрядною мікросхемою-лічильником. Це наша мікросхема К176ІЕ5.
Принцип роботи цієї мікросхеми такий:після того, як вона порахує 32 768 імпульсів, на одній з ніжок вона видає імпульс. Цей імпульс на ніжці з кварцовим резонатором на 32768 Герц з'являється рівно один раз на секунду. А як ви пам'ятаєте, коливання один раз на секунду - це і є один Герц. Тобто на цій ніжці імпульс видаватиметься із частотою в 1 Герц. А якщо це так, то чому б не використовувати це в годиннику? Звідси й походить назва – .
В даний час в наручному годиннику та інших мобільних гаджетах цей лічильник і кварцовий резонатор вбудовані в одну мікросхему і забезпечують не тільки рахунок секунд, але й низку інших функцій, типу будильника, календаря і т.д. Такі мікросхеми називаються RTC (R eal T ime C lock) або в перекладі з буржуазного Годинника Реального Часу.
Схема Пірса для прямокутного сигналу
Отже, повернемось до схеми Пірса. Попередня схема Пірса генерує синусоїдальний сигнал
Але також є видозмінена схема Пірсу для прямокутного сигналу
А ось і вона:
Номінали деяких радіоелементів можна змінювати у досить широкому діапазоні. Наприклад, конденсатори С1 і С2 можуть бути в діапазоні від 10 до 100 пФ. Тут правило таке: що менше частота кварцу, то менше має бути ємність конденсатора. Для вартових кварців конденсатори можна поставити номіналом в 15-18 пФ. Якщо кварц із частотою від 1 до 10 Мегагерц, можна поставити 22-56 пФ. Якщо не хочете морочитися, то просто поставте конденсатори ємністю 22 пФ. Точно не помилитеся.
Також невелика фішка на замітку: змінюючи значення конденсатора С1, можна налаштовувати частоту резонансу в дуже тонких межах.
Резистор R1 можна змінювати від 1 до 20 МОм, а R2 від нуля і до 100 кОм. Тут теж є правило: що менше частота кварцу, то більше значення цих резисторів і навпаки.
Максимальна частота кварцу, яку можна вставити у схему, залежить від швидкодії інвертора КМОП. Я взяв мікросхему 74HC04. Вона не надто швидкодіюча. Складається із шести інверторів, але використовувати ми будемо тільки один інвертор:
Ось її розпинування:
Підключивши до цієї схеми годинниковий кварц, осцилограф видав таку осцилограму:
До речі, ця частина схеми вам нічого не нагадує?
Чи не ця частина схеми використовується для тактування мікроконтролерів AVR?
Вона сама! Просто відсутні елементи схеми вже є в самому МК;-)
Плюси кварцових генераторів
Плюси кварцових генераторів частоти – це найвища частотна стабільність. В основному це 10-5 - 10-6 від номіналу або, як часто кажуть, ppm (від англ. parts per million)- Часток на мільйон, тобто одна мільйонна або числом 10-6. Відхилення частоти в той чи інший бік в кварцовому генераторі в основному пов'язане зі зміною температури навколишнього середовища, а також старіння кварцу. При старінні кварцу, частота кварцового генератора стає трохи менше з кожним роком приблизно на 1,8 х10 -7 від номіналу. Якщо, скажімо, я взяв кварц із частотою в 10 мегагерц (10 000 000 герц) і поставив його в схему, то за рік його частота піде приблизно на 2 герці в мінус;-) Думаю, цілком терпимо.
Нині кварцові генератори випускають як закінчених модулів. Деякі фірми, що виробляють такі генератори, досягають частотної стабільності до 10-11 від номіналу! Виглядають готові модулі приблизно так:
або так
Такі модулі кварцових генераторів переважно мають 4 висновки. Ось розпинування квадратного кварцового генератора:
Давайте перевіримо один із них. На ньому написано 1 МГц
Ось його вигляд позаду:
Ось його розпинування:
Подаючи постійну напругу від 3,3 і до 5 Вольт плюсом на 8, а мінусом на 4, з виходу 5 я отримав чистий рівний гарний меандр з частотою, написаною на кварцовому генераторі, тобто 1 Мегагерц, з дуже невеликими викидами.
Ну прямий диво!
Та й китайський генератор-частотомір показав точну частоту:
Звідси робимо висновок: краще купити готовий кварцовий генератор, ніж самому вбивати купу часу та нервів на налагодження схеми Пірса. Схема Пірса буде придатна для перевірки резонаторів і для різних саморобок.
Кварцові резонатори, як і більшість інших радіокомпонентів, бажано перевірити на працездатність перед використанням в радіоаматорській практиці. Одна із найпростіших схем такого пробника була опублікована в чеському радіоаматорському журналі. Схема пробника гранично проста у повторенні, тому цікавий для широкого кола радіоаматорів.
Схема кварцового резонатора
Кварцові резонатори відносяться до найпростіших радіокомпонентів, але у радіоаматорів практично немає приладів для їх перевірки перед використанням. Це часом призводить до непорозумінь. Зовні жодних пошкоджень кварцовий резонатор може мати, а схемою не працює. Причин тому може бути багато. Зокрема одна з них — падіння резонатора через необережне поводження. Здійснити первинну перевірку кварцових резонаторів ще до їх використання допоможе проста конструкція, описана в .
Кварцовий резонатор, що перевіряється, підключається до контактів К2 (рис.1). На транзисторі Т1 виконано широкодіапазонний генератор. Він розрахований на перевірку кварців, робоча частота яких перебуває у діапазоні 1…50 МГц. Дещо змінивши параметри деяких радіокомпонентів схеми, зокрема. С2 та СЗ. можна перевіряти та інші кварці.
Якщо кварцовий резонатор працездатний. на емітері транзистора Т1 є високочастотна змінна напруга. Діодами D1, D2 воно випрямляється, згладжується конденсатором С5 і подається на основу ключового транзистора Т2, відмикаючи його. При цьому світиться світлодіод LD1.
Сучасна цифрова техніка вимагає високої точності, тому зовсім не дивно, що практично будь-який цифровий пристрій, який би сьогодні не потрапив на очі обивателю, містить усередині кварцовий резонатор.
Кварцові резонатори на різні частоти необхідні як надійні і стабільні джерела гармонійних коливань, щоб цифровий мікроконтролер міг би спертися на еталонну частоту, і оперувати з нею надалі, в процесі роботи цифрового пристрою. Таким чином, кварцовий резонатор – це надійна заміна коливального LC-контуру.
Якщо розглянути простий коливальний контур, що складається з , то швидко з'ясується, що добротність такого контуру в схемі не перевищить 300, до того ж ємність конденсатора буде плавати в залежності від температури навколишнього середовища, те саме відбудеться і з індуктивністю.
Недарма є у конденсаторів і котушок такі параметри як ТКЕ - температурний коефіцієнт ємності і ТКІ - температурний коефіцієнт індуктивності, що показують, наскільки змінюються основні параметри цих компонентів із зміною їхньої температури.
На відміну від коливальних контурів, резонатори на базі кварцу мають недосяжну для коливальних контурів добротність, яка вимірюється значеннями від 10000 до 10000000, причому про температурну стабільність кварцових резонаторів мови не йде, адже частота залишається постійною. 40°C до +70°C.
Так, завдяки високим показникам температурної стабільності та добротності, кварцові резонатори застосовуються усюди в радіотехніці та цифровій електроніці.
Для завдання тактової частоти, йому завжди необхідний генератор тактової частоти, на який він міг би надійно спертися, і цей генератор завжди потрібен високочастотний і при тому високоточний. Тут і приходить на допомогу кварцовий резонатор. Звичайно, в деяких застосуваннях можна обійтися п'єзокерамічними резонаторами з добротністю 1000 і таких резонаторів достатньо для електронних іграшок і побутових радіоприймачів, але для більш точних пристроїв необхідний кварц.
В основі роботи кварцового резонатора - , що виникає на кварцовій платівці. Кварц є поліморфною модифікацією діоксиду кремнію SiO2, і зустрічається в природі у вигляді кристалів і гальки. У вільному вигляді в земній корі кварцу близько 12%, крім того у вигляді сумішей у складі інших мінералів міститься також кварц, і в загальному в земній корі більше 60% кварцу (масова частка).
Для створення резонаторів підходить низькотемпературний кварц, що має яскраво виражені п'єзоелектричні властивості. Хімічно кварц дуже стійкий, і розчинити його можна лише у гідрофторидній кислоті. За твердістю кварц перевершує опал, але до алмазу не дотягує.
При виготовленні кварцової пластинки від кристала кварцу під строго заданим кутом вирізують шматочок. Залежно від кута зрізу отримана кварцова пластинка відрізнятиметься за своїми електромеханічними властивостями.
Так виходить коливальна система, що має власну резонансну частоту, і кварцовий резонатор, отриманий таким чином, має власну резонансну частоту, що визначається електромеханічними параметрами.
Тепер якщо прикласти до металевих електродів пластики змінну напругу даної резонансної частоти, то проявиться резонанс, і амплітуда гармонійних коливань пластинки дуже зросте. При цьому опір резонатора сильно знизиться, тобто процес аналогічний тому, що відбувається в послідовному коливальному контурі. З огляду на високу добротність такого «коливального контуру», енергетичні втрати при його збудженні на резонансній частоті дуже малі.
На еквівалентній схемі: C2 – статична електроємність пластинок з тримачами, L – індуктивність, С1 – ємність, R – опір, що відображають електромеханічні властивості встановленої пластинки кварцу. Якщо прибрати монтажні елементи, залишиться послідовний контур LC.
У процесі монтажу на друковану плату кварцовий резонатор не можна перегрівати, адже конструкція його досить крихка, і перегрів може призвести до деформації електродів і тримача, що неодмінно позначиться на роботі резонатора в готовому пристрої. Якщо ж розігріти кварц до 5730 ° C, він втратить свої п'єзоелектричні властивості, але, на щастя, нагріти елемент паяльником до такої температури неможливо.
Позначення кварцового резонатора на схемі схоже позначення конденсатора з прямокутником між пластинами (кварцова пластинка), і з написом «ZQ» або «Z».
Часто причиною пошкодження кварцового резонатора є падіння або сильний удар пристрою, в якому він встановлений, і тоді необхідно замінити на новий резонатор з тією ж резонансною частотою. Такі ушкодження властиві малогабаритним приладам, які легко упустити. Однак, за статистикою, подібні пошкодження кварцових резонаторів трапляються вкрай рідко, і частіше несправність приладу викликається іншою причиною.
Щоб перевірити кварцовий резонатор на справність, можна зібрати невеликий пробник, який допоможе не лише переконатися у працездатності резонатора, а й побачити його резонансну частоту. Схема пробника є типовою схемою кварцового генератора на одному транзисторі.
Включивши резонатор між базою і мінусом (можна через захисний конденсатор у разі короткого замикання в резонаторі), залишається виміряти частотоміром резонансну частоту. Ця схема підійде і для попереднього налаштування коливальних контурів.
Коли схема включена, справний резонатор сприятиме генерації коливань, і на емітері транзистора можна буде спостерігати змінну напругу, частота якого буде відповідати основний резонансної частоти кварцового резонатора.
Підключивши до виходу пробника частотомір, користувач зможе спостерігати за цією резонансною частотою. Якщо частота стабільна, якщо невеликий нагрівання резонатора піднесеним паяльником не призводить до сильного вплив частоти, то резонатор справний. Якщо ж генерації не буде, або частота плаватиме або виявиться зовсім іншою, ніж повинна бути для компонента, що тестується, то резонатор несправний, і його слід замінити.
Цей пробник зручний і для попереднього налаштування коливальних контурів, в цьому випадку конденсатор C1 є обов'язковим, хоча при перевірці резонаторів його можна зі схеми виключити. Контур просто підключається замість резонатора і схема починає генерувати коливання аналогічним чином.
Пробник зібраний за наведеною схемою чудово працює на частотах від 15 до 20 МГц. Для інших діапазонів ви завжди можете пошукати схеми в інтернеті, благо їх там багато як на дискретних компонентах, так і на мікросхемі.
