Kuinka mitata kvartsiresonaattori yleismittarilla. Kuinka testata kvartsiresonaattoria yleismittarilla. Vartalon muodon mukaan
Resonaattori on järjestelmä, joka kykenee värähtelemään suurimmalla amplitudilla tietyissä olosuhteissa. Kvartsiresonaattori - kvartsilevy, yleensä suuntaissärmiön muotoinen, toimii tällä tavalla, kun vaihtovirtaa käytetään (taajuus on erilainen eri levyillä). Tämän osan toimintataajuus määräytyy sen paksuuden mukaan. Tässä riippuvuus on päinvastainen. Ohuimmilla levyillä on korkein taajuus (enintään 50 MHz).
Harvinaisissa tapauksissa voidaan saavuttaa 200 MHz taajuus. Tämä on sallittua vain, kun työstetään ylisäveltä (pieni taajuus korkeampi kuin pääääni). Erikoissuodattimet pystyvät vaimentamaan kvartsilevyn perustaajuuden ja korostamaan sen monisävytaajuutta.
Vain parittomat harmoniset (toinen nimi yliääneille) soveltuvat toimintaan. Lisäksi niitä käytettäessä taajuuslukemat kasvavat pienemmillä amplitudeilla. Tyypillisesti maksimi on yhdeksänkertainen aallonkorkeuden lasku. Lisäksi muutoksia on vaikea havaita.
Kvartsi on eriste. Yhdessä metallielektrodiparin kanssa se muuttuu kondensaattoriksi, mutta sen kapasiteetti on pieni eikä sitä kannata mitata. Kaaviossa tämä osa näkyy kiteisenä suorakulmiona kondensaattorilevyjen välissä. Kvartsilevylle, kuten muillekin elastisille kappaleille, on ominaista sen oma resonanssitaajuus sen koosta riippuen. Ohuilla levyillä on korkeampi resonanssitaajuus. Seurauksena: on tarpeen valita vain levy, jolla on sellaiset parametrit, joilla mekaanisten värähtelyjen taajuus olisi sama kuin levyyn syötetyn vaihtojännitteen taajuus. Kvartsilevy sopii vain vaihtovirtaa käytettäessä, koska tasavirta voi aiheuttaa vain yhden puristuksen tai dekompression.
Tämän seurauksena on selvää, että kvartsi on hyvin yksinkertainen resonanssijärjestelmä (jolla on kaikki värähtelypiireille ominaiset ominaisuudet), mutta tämä ei heikennä sen työn laatua.
Kvartsiresonaattori on vielä tehokkaampi. Sen laatutekijä on 10 5 - 10 7. Kvartsiresonaattorit pidentävät kondensaattorin yleistä käyttöikää lämpötilavakauden, kestävyyden ja valmistettavuuden ansiosta. Osien pieni koko helpottaa myös käyttöä. Mutta tärkein etu on kyky tarjota vakaa taajuus.
Ainoat haitat ovat nykyisen taajuuden kapea viritys ulkoisten elementtien taajuudella.
Joka tapauksessa kvartsiresonaattorit ovat erittäin suosittuja ja niitä käytetään kelloissa, lukuisissa radioelektroniikassa ja muissa laitteissa. Joissakin maissa kvartsilevyt asennetaan suoraan jalkakäytäville, ja ihmiset tuottavat energiaa yksinkertaisesti kävelemällä edestakaisin.
Toimintaperiaate
Kvartsiresonaattorin toiminnot saadaan aikaan pietsosähköisellä efektillä. Tämä ilmiö saa aikaan sähkövarauksen, jos tietyntyyppisten kiteiden mekaaninen muodonmuutos tapahtuu (luonnollisia ovat kvartsi ja turmaliini). Varauksen voima on suoraan riippuvainen muodonmuutosvoimasta. Tätä kutsutaan suoraksi pietsosähköiseksi efektiksi. Käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen ydin on, että jos kide altistuu sähkökentälle, se deformoituu.
Toimivuuden tarkistus
Kvartsin kunnon tarkistamiseksi liikkeessä on useita yksinkertaisia menetelmiä. Tässä on pari niistä:
- Jotta resonaattorin tila voidaan määrittää tarkasti, sinun on kytkettävä oskilloskooppi tai taajuusmittari generaattorin lähtöön. Tarvittavat tiedot voidaan laskea Lissajous-lukujen avulla. Tällaisissa olosuhteissa on kuitenkin mahdollista vahingossa herättää kvartsin värähteleviä liikkeitä sekä yliääni- että perustaajuuksilla. Tämä voi aiheuttaa epätarkkoja mittauksia. Tätä menetelmää voidaan käyttää alueella 1 - 10 MHz.
- Generaattorin toimintataajuus riippuu kvartsiresonaattorista. Kun energiaa syötetään, generaattori tuottaa pulsseja, jotka ovat yhtäpitäviä pääresonanssin taajuuden kanssa. Sarja näistä pulsseista johdetaan kondensaattorin läpi, joka suodattaa pois DC-komponentin jättäen vain ylisävyjä, ja itse pulssit välitetään analogiselle taajuusmittarille. Se voidaan helposti rakentaa kahdesta diodista, kondensaattorista, vastuksesta ja mikroampeerimittarista. Taajuuslukemista riippuen myös kondensaattorin jännite muuttuu. Tämä menetelmä ei myöskään ole tarkka ja sitä voidaan käyttää vain 3-10 MHz:n alueella.
Yleensä kvartsiresonaattorien luotettava testaus voidaan suorittaa vain, kun ne vaihdetaan. Ja sinun tulee epäillä mekanismin resonaattorin rikkoutumista vain viimeisenä keinona. Tämä ei kuitenkaan koske kannettavaa elektroniikkaa, joka on alttiina usein putoaville.
Nykyaikaiset digitaaliset laitteet vaativat suurta tarkkuutta, joten digitaalisissa laitteissa on usein kvartsiresonaattori, joka on vakaa ja luotettava harmonisten värähtelyjen generaattori. Digitaalinen toiminta perustuu tähän vakiotaajuuteen ja käyttää sitä digitaalisen laitteen ohjaamiseen. Kvartsiresonaattorit korvaavat luotettavasti kondensaattoriin ja kelaan kootun värähtelypiirin.
Kelaan ja kondensaattoriin perustuvan värähtelypiirin laatukerroin ei ylitä 300. Se on värähtelypiirin ominaisuus, joka määrää resonanssikaistan arvon. Laatukerroin osoittaa, kuinka monta kertaa värähtelyjärjestelmän energia ylittää energiahäviön yhden värähtelyjakson aikana. Mitä korkeampi laatutekijä, sitä vähemmän energiaa menetetään yhdessä jaksossa ja sitä hitaammin värähtelyt vaimentuvat. Perinteisessä piirissä olevan kondensaattorin kapasitanssi vaihtelee ympäristön lämpötilan mukaan. Kelan induktanssin suuruus riippuu myös monista tekijöistä. On jopa vastaavia kertoimia, jotka määrittävät näiden elementtien parametrien riippuvuuden lämpötilasta.
Kvartsiresonaattoreilla, toisin kuin edellä kuvatuilla värähtelypiireillä, on erittäin korkea laatutekijä, joka on useita miljoonia. Samanaikaisesti -40 +70 asteen lämpötilat eivät vaikuta tähän parametriin millään tavalla. Kvartsiresonaattorien korkea stabiilisuus kaikissa lämpötiloissa on johtanut niiden laajaan käyttöön digitaalisessa elektroniikassa ja radiotekniikassa.
Lajikkeet
Vartalotyypin mukaan:
- Tilavuusasennukseen (sylinterinen ja vakio).
- Pinta-asennukseen.
Rungon materiaalin perusteella:
- Metalli.
- Lasi.
- Muovi.
Vartalon muodon mukaan:
- Pyöristää.
- Suorakulmainen.
- Lieriömäinen.
- Tasainen.
Resonanssijärjestelmien lukumäärän mukaan:
- Yksittäinen.
- Kaksinkertainen.
Tapauksen suojaamiseksi:
- Suljettu.
- Suljettu.
- Tyhjiö.
Tarkoituksen mukaan:
- Suodattaa.
- Luodaan.
Kvartsiresonaattoreiden tärkeä ominaisuus onnistuneelle toiminnalle on niiden aktiivisuus. Mutta sitä eivät määritä vain sen omat ominaisuudet. Koko sähköpiiri vaikuttaa sen toimintaan.
Suodattimissa käytetyt resonaattorit käyttävät samantyyppisiä värähtelyjä kuin generaattoriresonaattoreissa. Suodattimissa käytetään 2- ja 4-elektrodisia tyhjiöresonaattoreita. Moniosaisissa suodattimissa käytetään useimmiten 4-elektrodisia suodattimia, koska ne ovat taloudellisempia.
Toimintaperiaate ja laite
Kvartsiresonaattorit toimivat kvartsilevylle muodostuneen pietsosähköisen vaikutuksen perusteella. Kvartsi on luonnonkide. Se on muunnos pii-happiyhdisteestä, ja sen kemiallinen kaava on Si O 2. Kvartsin massaosuus maankuoressa on noin 60 %, vapaassa muodossa 12 %. Myös muut mineraalit voivat sisältää kvartsia.
Matalan lämpötilan kvartsia käytetään kvartsiresonaattoreiden valmistukseen. Sillä on voimakas pietsosähköinen vaikutus. Kvartsin kemiallinen stabiilisuus on erittäin korkea; vain fluorivetyhappo voi liuottaa kvartsia. Kovuuden suhteen kvartsi on toisella sijalla timantin jälkeen. Resonaattorin kvartsilevy valmistetaan leikkaamalla kvartsia tietyssä kulmassa. Tästä leikkauskulmasta riippuen kvartsilevy eroaa erilaisista sähkömekaanisista parametreista.
Tämän seurauksena muodostuu värähtelevä piiri, jolla on oma resonanssitaajuus, joka määrää koko resonaattorin toiminnan. Jos levyn elektrodeihin syötetään vaihtojännite resonanssitaajuudella, syntyy resonanssivaikutus ja levyn värähtelyjen amplitudi kasvaa merkittävästi. Tässä tapauksessa resonaattori vähentää vastustaan huomattavasti. Tämä prosessi on samanlainen kuin prosessi, joka tapahtuu sarjavärähtelypiirissä (perustuu käämiin ja kondensaattoriin). Energiahäviöt viritettäessä kvartsiresonaattoria resonanssitaajuudella ovat hyvin pieniä, koska kvartsivärähtelypiirin laatutekijä on erittäin korkea.
Tämä vastaava piiri koostuu:
- R- Vastus.
- C1– Kapasiteetti.
- L– Induktanssi.
- C2– Levyjen staattinen sähköinen kapasitanssi yhdessä pidikkeiden kanssa.
Nämä elementit määrittävät kvartsilevyn sähkömekaaniset parametrit. Jos poistat kiinnityselementit, saat johdonmukaisen piirin LC. Piirilevylle asennettuna kvartsiresonaattori ei siedä liiallista lämpöä, koska sen rakenne on erittäin hauras. Voimakas kuumennus voi muuttaa pidikettä ja elektrodeja, mikä vaikuttaa valmiin kvartsiresonaattorin toimintaan. Kvartsi menettää täysin pietsosähköiset ominaisuutensa kuumennettaessa 5370 asteen lämpötilaan. Juotosrauta ei kuitenkaan pysty kuumenemaan niin paljon.
Sähkökaavioissa kvartsiresonaattori on merkitty analogisesti kondensaattorin kanssa, mutta levyjen välissä on kvartsilevyä symboloiva suorakulmio. Kaaviossa resonaattori on merkitty " QX».
Tyypillisesti kvartsiresonaattorin toimintahäiriön syy on laitteen, jossa se sijaitsee, voimakas isku tai putoaminen. Tässä tapauksessa resonaattori on vaihdettava uuteen, jolla on samat parametrit. Tällaisia toimintahäiriöitä esiintyy pienissä laitteissa, jotka on helpompi pudottaa tai vahingoittaa. Mutta tällaiset resonaattorien vauriot eivät ole yleisiä, ja yleensä laitteen toimintahäiriö on jotain täysin erilaista.
Kuinka testata kvartsiresonaattoreita
Resonaattorin toimivuuden tarkistamiseksi kootaan erityinen yksinkertainen testeri, joka auttaa tarkistamaan resonaattorin toiminnan lisäksi myös sen resonanssitaajuuden. Tällaisen laitteen piiri on samanlainen kuin kvartsioskillaattori, joka on koottu transistorille.
Kytkemällä resonaattori negatiivisen navan ja transistorin kannan väliin suojakondensaattorin kautta, resonanssitaajuus mitataan taajuusmittarilla. Tämä piiri soveltuu värähtelypiirien virittämiseen. Kun piiri kytketään päälle, toimiva resonaattori synnyttää värähtelyjä. Tämän seurauksena transistorin emitteriin ilmestyy vaihtojännite testattavan resonaattorin resonanssitaajuudella.
Jos liität taajuusmittarin testerin lähtöön, voit mitata resonanssitaajuuden. Vakaalla taajuudella ja resonaattorin rungon lievällä lämmityksellä taajuuden ei pitäisi muuttua merkittävästi. Jos taajuusmittari ei havaitse taajuuden esiintymistä tai se muuttuu suuresti tai eroaa suuresti nimellisarvosta, on resonaattori käyttökelvoton ja se on vaihdettava.
Kun tällaista testaajaa käytetään piirien konfigurointiin, vaaditaan kapasitanssi C1. Mutta kun tarkistetaan resonaattorien käyttökelpoisuutta, sen läsnäoloa piirissä ei vaadita. Tässä tapauksessa värähtelypiiri yksinkertaisesti kytketään kvartsiresonaattorin tilalle ja testaaja alkaa luoda värähtelyjä samalla tavalla.
Tarkasteltavan järjestelmän mukaan valmistettu testeri on osoittautunut hyvin 15-20 megahertsin taajuudella. Muille aikaväleille löydät muita mikropiireihin ja muihin komponentteihin koottuja piirejä.
Soveltamisala
Kvartsiresonaattoreiden parametrien stabiiliuden ansiosta niitä on käytetty laajasti eri aloilla.
- monet mittauslaitteet toimivat tällaisten resonaattoreiden pohjalta ja mittaustarkkuus on erittäin korkea.
- Pietsokvartsilevyä käytetään resonaattorina meren kaikuluotain tunnistaa vedessä sijaitsevia esineitä, tutkia merenpohjaa, määrittää parvioiden ja riuttojen sijaintia. Tämä mahdollistaa valtameren elämän tutkimisen syvänmeren alueilla sekä tarkkojen karttojen luomisen merenpohjasta.
- TO Kvartsiresonaattorit ovat saavuttaneet laajan suosion kvartsikello , koska kvartsilevyn värähtelytaajuus on käytännössä riippumaton lämpötilasta ja sen taajuuden suhteellinen muutos on pieni.
Kvartsiresonaattorit laajentavat käyttöalueitaan, niiden tarve kasvaa jatkuvasti, sillä niiden metrologiset parametrit ja toimintatehokkuus ovat kasvaneet.
Mikä on generaattori? Generaattori on pohjimmiltaan laite, joka muuntaa yhden tyyppisen energian toiseksi. Elektroniikassa voit usein kuulla lauseen "sähköenergiageneraattori, taajuusgeneraattori" jne.
Kideoskillaattori on taajuusgeneraattori ja sisältää. Pohjimmiltaan kideoskillaattorit ovat kahta tyyppiä:
ne, jotka voivat tuottaa siniaaltosignaalin
ja ne, jotka tuottavat neliöaaltosignaalin
Elektroniikassa yleisimmin käytetty signaali on neliöaalto.
Piercen suunnitelma
Kvartsin virittämiseksi resonanssitaajuudella meidän on koottava piiri. Yksinkertaisin piiri jännittävälle kvartsille on klassikko Pierce generaattori, joka koostuu vain yhdestä kenttätransistorista ja pienestä neljän radioelementin johtosarjasta:
Muutama sana järjestelmän toiminnasta. Piirissä on positiivista palautetta ja siinä alkaa ilmaantua itsevärähtelyjä. Mutta mitä on positiivinen palaute?
Koulussa teidät kaikki rokotettiin Mantoux-testiä varten, jotta voidaan määrittää, oliko teillä putki vai ei. Jonkin ajan kuluttua hoitajat tulivat ja mittasivat viivaimella ihoreaktiosi tähän rokotukseen.
Kun tämä rokote annettiin, pistoskohdan raapiminen oli kiellettyä. Mutta minä, silloin vielä uusi kaveri, en välittänyt. Heti kun aloin hiljaa raapimaan pistoskohtaa, halusin raapia vielä enemmän)) Ja niin rokotetta raapivan käden nopeus jäätyi johonkin huippuun, koska pystyin värähtelemään kättäni maksimitaajuudella 15 hertsiä. . Rokotus käteni turvosivat lattiaan asti)) Ja jopa kerran he veivät minut luovuttamaan verta tuberkuloosia epäiltynä, mutta kuten kävi ilmi, he eivät löytäneet sitä. Eipä yllätä ;-).
Joten miksi kerron sinulle vitsejä elämästä täällä? Tosiasia on, että tämä syyhyrokote on positiivisin palaute. Eli niin kauan kuin en koskenut siihen, en halunnut naarmuttaa sitä. Mutta heti kun raaputin sitä hiljaa, se alkoi kutittaa enemmän ja minä aloin raapia enemmän, ja se alkoi kutittaa vielä enemmän ja niin edelleen. Jos käsivarteeni ei olisi fyysisiä rajoituksia, niin rokotuspaikka olisi varmasti jo kulunut lihaa myöten. Mutta heilutin kättäni vain tietyllä maksimitaajuudella. Eli sama periaate pätee kvartsioskillaattoriin ;-). Anna pieni impulssi ja se alkaa kiihtyä ja pysähtyy vain rinnakkaisresonanssitaajuudella ;-). Kutsutaan sitä "fyysiseksi rajoitukseksi".
Ensinnäkin meidän on valittava induktori. Otin toroidisen ytimen ja käämin useita kierroksia MGTF-langasta
Koko prosessia ohjattiin LC-mittarilla, jolloin saavutettiin kaavion mukainen nimellisarvo - 2,5 mH. Jos se ei riittänyt, hän lisäsi kierroksia; jos hän liioitteli, niin hän vähensi sitä. Tuloksena saavutin seuraavan induktanssin:
Sen oikea nimi on: .
Pinout vasemmalta oikealle: Viemäri – Lähde – Portti
Pieni lyyrinen poikkeama.
Joten, olemme koonneet kvartsioskillaattorin, käyttäneet jännitettä, jäljellä on vain poistaa signaali kotitekoisen generaattorimme lähdöstä. Digitaalinen oskilloskooppi alkaa toimia
.JPG)
Ensinnäkin otin kvartsin korkeimmalle taajuudelle, joka minulla on: 32 768 megahertsiä. Älä sekoita sitä kellokvartsiin (josta keskustellaan alla).
Vasemmassa alakulmassa oskilloskooppi näyttää meille taajuuden:
Kuten näet, 32,77 megahertsiä. Pääasia, että kvartsimme on elossa ja piiri toimii!
Otetaan kvartsi taajuudella 27 megahertsiä:
Lukemani hyppäsi ympäriinsä. Otin kuvakaappauksen, mitä onnistuin:
Taajuuskin näytettiin enemmän tai vähemmän oikein.
No, tarkistamme kaikki muut kvartsit, jotka minulla on samalla tavalla.
Tässä on oskilogrammi kvartsista 16 megahertsillä:
Oskilloskooppi näytti tarkalleen 16 megahertsin taajuutta.
Tässä asetin kvartsin 6 megahertsiin:
Täsmälleen 6 megahertsiä
4 megahertsillä:
Kaikki hyvin.
Otetaanpa toinen neuvostoliittolainen 1 megahertsin taajuudella. Tältä se näyttää:
Yläosassa lukee 1000 kilohertsiä = 1 megahertsi ;-)
Katsotaanpa oskillogrammia:
Työntekijä!
Jos todella haluat, voit jopa mitata taajuuden kiinalaisella generaattoritaajuusmittarilla:
400 hertsin virhe ei ole kovin suuri vanhalle Neuvostoliiton kvartsille. Mutta parempi tietysti käyttää tavallista ammattitaajuusmittaria ;-)
Tunnin kvartsi
Kellokvartsilla Pierce-kaavion mukainen kvartsioskillaattori kieltäytyi toimimasta.
"Millainen kellokvartsi tämä on?" - kysyt. Tuntikvartsi on kvartsia, jonka taajuus on 32 768 hertsiä. Miksi sillä on niin outo taajuus? Asia on, että 32 768 on 2 15. Tämä kvartsi on yhdistetty 15-bittiseen laskurisirun kanssa. Tämä on K176IE5-mikropiirimme.
Tämän mikropiirin toimintaperiaate on seuraava: sKun se on laskenut 32 768 pulssia, se lähettää pulssin toiseen jalkaan. Tämä pulssi ilmestyy 32 768 hertsin kvartsikiteelle täsmälleen kerran sekunnissa. Ja kuten muistat, värähtely kerran sekunnissa on 1 hertsi. Eli tällä jalalla pulssi annetaan taajuudella 1 Hz. Ja jos näin on, niin miksi et käyttäisi sitä kelloissa? Tästä nimi tuli.
Tällä hetkellä rannekelloissa ja muissa mobiililaitteissa tämä laskuri ja kvartsiresonaattori on sisäänrakennettu yhdelle sirulle ja ne tarjoavat paitsi sekuntien laskennan, myös joukon muita toimintoja, kuten herätyskellon, kalenterin jne. Tällaisia mikropiirejä kutsutaan RTC (R eal T Olen C lukko) tai käännettynä porvarillisesta Real Time Clockista.
Pierce piiri neliöaalto
Joten, palataan Peircen suunnitelmaan. Edellinen Pierce-piiri tuottaa sinimuotoisen signaalin
Mutta neliöaaltoa varten on myös muokattu Pierce-piiri
Ja tässä hän on:
Joidenkin radioelementtien arvoja voidaan muuttaa melko laajalla alueella. Esimerkiksi kondensaattorit C1 ja C2 voivat olla alueella 10 - 100 pF. Sääntö tässä on tämä: mitä pienempi kvartsitaajuus, sitä pienempi kondensaattorin kapasitanssin tulisi olla. Kellokiteille voidaan toimittaa kondensaattoreita, joiden nimellisarvo on 15-18 pF. Jos kvartsin taajuus on 1-10 megahertsiä, voit asettaa sen arvoon 22-56 pF. Jos et halua vaivautua, asenna vain kondensaattorit, joiden kapasiteetti on 22 pF. Et todellakaan voi mennä pieleen.
Huomaa myös pieni vinkki: muuttamalla kondensaattorin C1 arvoa voit säätää resonanssitaajuutta erittäin hienoissa rajoissa.
Vastus R1 voidaan muuttaa 1:stä 20 MOhmiin ja R2 nollasta 100 kOhmiin. Tässä on myös sääntö: mitä pienempi kvartsitaajuus, sitä suurempi on näiden vastusten arvo ja päinvastoin.
Suurin kidetaajuus, joka voidaan liittää piiriin, riippuu CMOS-invertterin nopeudesta. Otin 74HC04-sirun. Se ei ole kovin nopeavaikutteinen. Koostuu kuudesta invertteristä, mutta käytämme vain yhtä invertteriä:
Tässä sen pinout:
Kytkettyään kellokvartsin tähän piiriin oskilloskooppi tuotti seuraavan oskilogrammin:
Muuten, muistuttaako tämä kaavion osa sinua jostain?
Eikö tätä piirin osaa käytetä AVR-mikro-ohjainten kellottamiseen?
Hän on se! Kyse on vain siitä, että piirin puuttuvat elementit ovat jo itse MK:ssa;-)
Kideoskillaattorien edut
Kvartsitaajuusoskillaattorien etuna on niiden korkeataajuinen stabiilisuus. Pohjimmiltaan se on 10 -5 - 10 -6 nimellisarvosta tai, kuten usein sanotaan, ppm (englanniksi. miljoonasosa)- miljoonasosia, eli miljoonasosa tai luku 10 -6. Kvartsioskillaattorin taajuuden poikkeama suuntaan tai toiseen liittyy pääasiassa ympäristön lämpötilan muutoksiin sekä kvartsin ikääntymiseen. Kvartsin ikääntyessä kvartsioskillaattorin taajuus pienenee joka vuosi noin 1,8x10 -7 nimellisarvosta. Jos esimerkiksi otan kvartsia taajuudella 10 megahertsiä (10 000 000 hertsiä) ja laittaisin sen piiriin, niin sen taajuus laskee vuodessa noin 2 hertsiä;-) se on mielestäni melko siedettävää.
Tällä hetkellä kvartsioskillaattorit valmistetaan kokonaisina moduuleina. Jotkut tällaisia generaattoreita valmistavat yritykset saavuttavat taajuusvakauden jopa 10 -11 nimellisarvosta! Valmiit moduulit näyttävät tältä:
tai niin
Tällaisissa kideoskillaattorimoduuleissa on pääasiassa 4 lähtöä. Tässä on nelikulmaisen kideoskillaattorin pinout:
Tarkastetaan yksi niistä. Siinä lukee 1 MHz
Tässä hänen näkymänsä takaa:
Tässä sen pinout:
Käyttämällä vakiojännitettä 3,3 - 5 volttia plus 8 ja miinus 4, lähdöstä 5 sain puhtaan, sileän, kauniin neliöaallon, jonka taajuus oli kirjoitettu kvartsioskillaattoriin, eli 1 megahertsi. erittäin pienet päästöt.
No, tämä on näky kipeille silmille!
Ja kiinalainen generaattori-taajuusmittari näytti tarkan taajuuden:
Tästä päätämme: on parempi ostaa valmis kvartsioskillaattori kuin tuhlata paljon aikaa ja hermoja Pierce-piirin asettamiseen. Piercen piiri sopii resonaattorien testaamiseen ja erilaisiin kotitekoisiin projekteihin.
Kvartsiresonaattorien, kuten useimpien muiden radiokomponenttien, toimivuus on suositeltavaa testata ennen niiden käyttöä radioamatööritoiminnassa. Yksi tällaisen luotain yksinkertaisimmista piireistä julkaistiin tšekkiläisessä radioamatöörilehdessä. Anturipiiri on äärimmäisen yksinkertainen toistaa, joten se kiinnostaa laajaa joukkoa radioamatööreita.
Kvartsiresonaattoripiiri
Kvartsiresonaattorit ovat yksinkertaisimpia radiokomponentteja, mutta radioamatööreillä ei käytännössä ole laitteistoa testata niitä ennen käyttöä. Tämä johtaa joskus väärinkäsityksiin. Ulkoisesti kvartsiresonaattorissa ei ehkä ole vaurioita, mutta se ei toimi piirissä. Tähän voi olla monia syitä. Erityisesti yksi niistä on resonaattorin putoaminen huolimattomasta käsittelystä. Kohdassa kuvattu yksinkertainen rakenne auttaa suorittamaan kvartsiresonaattoreiden alustavan tarkastuksen ennen niiden käyttöä.
Testattava kvartsiresonaattori on kytketty koskettimiin K2 (kuva 1). Transistorille T1 valmistetaan laaja-alainen generaattori. Se on suunniteltu testaamaan kvartsia, joiden toimintataajuus on 1...50 MHz. Muutettuaan hieman erityisesti piirin joidenkin radiokomponenttien parametreja. C2 ja NW. Voit tarkistaa myös muut kvartsit.
Siinä tapauksessa, että kvartsiresonaattori on toiminnassa. Transistorin T1 emitterissä on suurtaajuinen vaihtojännite. Se tasasuuntautuu diodeilla D1, D2, tasoitetaan kondensaattorilla C5 ja syötetään avaintransistorin T2 kantaan vapauttaen sen. Samalla LED LD1 syttyy.
Nykyaikainen digitaalitekniikka vaatii suurta tarkkuutta, joten ei ole ollenkaan yllättävää, että lähes kaikissa nykypäivän keskimääräisen ihmisen silmään osuvissa digitaalisissa laitteissa on sisällä kvartsiresonaattori.
Eri taajuuksilla olevia kvartsiresonaattoreita tarvitaan luotettavina ja vakaina harmonisten värähtelyjen lähteinä, jotta digitaalinen mikrokontrolleri voi luottaa referenssitaajuuteen ja toimia sen kanssa tulevaisuudessa, digitaalisen laitteen toiminnan aikana. Siten kvartsiresonaattori on luotettava korvike värähtelevälle LC-piirille.
Jos tarkastelemme yksinkertaista värähtelevää piiriä, joka koostuu ja, tulee nopeasti selväksi, että tällaisen piirin laatukerroin piirissä ei ylitä 300, lisäksi kondensaattorin kapasitanssi kelluu ympäristön lämpötilasta riippuen, ja sama tapahtuu induktiivisuuden kanssa.
Ei ole turhaa, että kondensaattoreissa ja keloissa on sellaisia parametreja kuin TKE - kapasitanssin lämpötilakerroin ja TKI - induktanssin lämpötilakerroin, jotka osoittavat, kuinka näiden komponenttien pääparametrit muuttuvat lämpötilan muutoksissa.
Toisin kuin värähtelypiireissä, kvartsipohjaisilla resonaattoreilla on värähtelypiireille saavuttamaton laatutekijä, joka mitataan arvoilla 10 000 - 10 000 000, eikä kvartsiresonaattoreiden lämpötilastabiilisuudesta ole kysymys, koska taajuus pysyy vakiona missä tahansa lämpötila-arvossa. , yleensä välillä -40°C - +70°C.
Näin ollen kvartsiresonaattoreita käytetään korkean lämpötilan stabiiliuden ja laatutekijän ansiosta radiotekniikassa ja digitaalisessa elektroniikassa.
Kellotaajuuden asettamiseksi hän tarvitsee aina kellogeneraattorin, johon hän voi luotettavasti luottaa, ja tämä generaattori tarvitsee aina korkeataajuisen ja lisäksi erittäin tarkan. Tässä kvartsiresonaattori tulee apuun. Tietysti joissain sovelluksissa pärjää pietsokeraamisilla resonaattoreilla, joiden laatukerroin on 1000, ja tällaiset resonaattorit riittävät elektronisiin leluihin ja kotiradioihin, mutta tarkempiin laitteisiin tarvitaan kvartsia.
Kvartsiresonaattorin toiminta perustuu kvartsilevyllä näkyvään energiaan. Kvartsi on piidioksidin, SiO2:n, polymorfi, ja sitä esiintyy luonnossa kiteiden ja kivien muodossa. Maankuoressa on noin 12 % kvartsia sen vapaassa muodossa, lisäksi kvartsia on myös muiden mineraalien seosten muodossa, ja yleensä maankuoressa on yli 60 % kvartsia (massaosa).
Matalan lämpötilan kvartsi, jolla on selvät pietsosähköiset ominaisuudet, soveltuu resonaattoreiden luomiseen. Kvartsi on kemiallisesti erittäin stabiilia, ja se voidaan liuottaa vain fluorivetyhappoon. Kvartsi on kovempaa kuin opaali, mutta ei niin kovaa kuin timantti.
Kvartsilevyä valmistettaessa kvartsikiteestä leikataan pala tarkasti määritellyssä kulmassa. Leikkauskulmasta riippuen tuloksena oleva kvartsilevy eroaa sähkömekaanisista ominaisuuksistaan.
Tämä johtaa värähtelevään järjestelmään, jolla on oma resonanssitaajuus, ja tällä tavalla saadulla kvartsiresonaattorilla on oma sähkömekaanisten parametrien määräämä resonanssitaajuus.
Nyt, jos käytät tietyn resonanssitaajuuden vaihtojännitettä muovin metallielektrodeihin, resonanssiilmiö ilmestyy ja levyn harmonisten värähtelyjen amplitudi kasvaa erittäin merkittävästi. Tässä tapauksessa resonaattorin resistanssi pienenee suuresti, eli prosessi on samanlainen kuin sarjavärähtelypiirissä. Tällaisen "värähtelevän piirin" korkean laatutekijän vuoksi energiahäviöt sen virityksen aikana resonanssitaajuudella ovat merkityksettömiä.
Vastaavassa piirissä: C2 - levyjen staattinen sähkökapasiteetti pidikkeineen, L - induktanssi, C1 - kapasitanssi, R - vastus, heijastaa asennetun kvartsilevyn sähkömekaanisia ominaisuuksia. Jos irrotat kiinnitysosat, jää sarjan LC-piiri.
Painetulle piirilevylle asennuksen aikana kvartsiresonaattoria ei voi ylikuumentua, koska sen rakenne on melko hauras, ja ylikuumeneminen voi johtaa elektrodien ja pitimen muodonmuutokseen, mikä varmasti vaikuttaa resonaattorin toimintaan valmiissa laitteessa. Jos lämmität kvartsia 5730 °C:seen, se menettää täysin pietsosähköiset ominaisuutensa, mutta onneksi elementtiä on mahdotonta lämmittää juotosraudalla sellaiseen lämpötilaan.
Kvartsiresonaattorin nimitys kaaviossa on samanlainen kuin kondensaattorin nimitys, jossa on suorakulmio levyjen välissä (kvartsilevy) ja jossa on merkintä "ZQ" tai "Z".
Usein kvartsiresonaattorin vaurioitumisen syynä on laitteen, johon se on asennettu, putoaminen tai voimakas isku, jolloin resonaattori on vaihdettava uuteen, jolla on sama resonanssitaajuus. Tällaiset vauriot ovat tyypillisiä pienikokoisille laitteille, jotka on helppo pudottaa. Tilastojen mukaan tällaiset kvartsiresonaattoreiden vauriot ovat kuitenkin erittäin harvinaisia, ja useammin laitteen toimintahäiriö johtuu muusta syystä.
Kvartsiresonaattorin huollon tarkistamiseksi voit koota pienen anturin, joka auttaa paitsi varmistamaan resonaattorin toimivuuden, myös näkemään sen resonanssitaajuuden. Anturin piiri on tyypillinen yhden transistorin kideoskillaattoripiiri.
Kun resonaattori on kytketty päälle kannan ja miinuksen välillä (voit käyttää sitä suojakondensaattorin kautta, jos resonaattorissa tapahtuu oikosulku), jäljellä on vain mitata resonanssitaajuus taajuusmittarilla. Tämä piiri soveltuu myös värähtelevien piirien esivirittämiseen.
Kun piiri kytketään päälle, toimiva resonaattori edistää värähtelyjen muodostumista, ja transistorin emitterissä voidaan havaita vaihtojännite, jonka taajuus vastaa testattavan kvartsiresonaattorin pääresonanssitaajuutta.
Käyttäjä voi tarkkailla tätä resonanssitaajuutta liittämällä taajuusmittarin anturin lähtöön. Jos taajuus on vakaa, jos resonaattorin pieni kuumennus juotosraudalla ei johda voimakkaaseen taajuusryömimään, niin resonaattori toimii. Jos generointia ei ole tai taajuus kelluu tai osoittautuu täysin erilaiseksi kuin testattavan komponentin pitäisi olla, on resonaattori viallinen ja se on vaihdettava.
Tämä anturi on kätevä myös värähtelevien piirien esivirittämiseen; tässä tapauksessa tarvitaan kondensaattori C1, vaikka resonaattoreita tarkistettaessa se voidaan sulkea pois piiristä. Piiri yksinkertaisesti kytketään resonaattorin tilalle, ja piiri alkaa tuottaa värähtelyjä samalla tavalla.
Yllä olevan piirin mukaan koottu anturi toimii erittäin hyvin taajuuksilla 15-20 MHz. Muille sarjoille voit aina etsiä piirikaavioita Internetistä, onneksi niitä on monia, sekä erillisissä komponenteissa että mikropiirissä.
