Jak zkontrolovat křemenný rezonátor? Kontrola křemenných rezonátorů. Jak zkontrolovat křemenný rezonátor multimetrem Obvody přístroje pro testování křemenných rezonátorů

Quartz rezonátor je elektronické zařízení založené na piezoelektrickém jevu a mechanické rezonanci. Používají ho rádiové stanice, kde nastavuje nosnou frekvenci v hodinách a časovačích, přičemž v nich je pevně stanoven interval 1 sekundy.

Co to je a proč je to potřeba

Zařízení je zdrojem, který poskytuje vysoce přesné harmonické oscilace. Ve srovnání s analogy má vyšší provozní účinnost a stabilní parametry.

První příklady moderních zařízení se objevily na rozhlasových stanicích v letech 1920-1930. jako prvky, které mají stabilní provoz a jsou schopné nastavit nosnou frekvenci. Oni:

• nahradil krystalové rezonátory pracující na Rochelleově soli, které se objevily v roce 1917 jako výsledek vynálezu Alexandra M. Nicholsona a vyznačovaly se nestabilitou;
• nahradil dříve používaný obvod cívkou a kondenzátorem, který neměl vysoký činitel jakosti (do 300) a závisel na změnách teplot.

O něco později se staly křemenné rezonátory nedílnou součástíčasovače, hodiny. Elektronické součástky s vlastní rezonanční frekvencí 32768 Hz, která v binárním 15bitovém čítači nastavuje časový interval rovný 1 sekundě.

Zařízení se dnes používají v:

• quartzové hodinky, zajišťující jejich přesnost bez ohledu na teplotu prostředí;
• měřicí přístroje, které jim zaručují vysokou přesnost ukazatelů;
• mořské echoloty, které se používají při výzkumu a tvorbě map dna, záznamu útesů, mělčin a hledání objektů ve vodě;
• obvody odpovídající referenčním oscilátorům, které syntetizují frekvence;
• obvody používané pro vlnovou indikaci SSB nebo telegrafního signálu;
• rozhlasové stanice se signálem DSB se střední frekvencí;
• pásmové propusti superheterodynních přijímačů, které jsou stabilnější a kvalitnější než LC filtry.

Zařízení jsou vyráběna s různými pouzdry. Dělí se na výstupní, používané při objemové montáži, a SMD, používané při povrchové montáži.

Jejich činnost závisí na spolehlivosti spínacího obvodu, která ovlivňuje:

• odchylka frekvence od požadované hodnoty, stabilita parametru;
• rychlost stárnutí zařízení;
• nosnost.

Vlastnosti křemenného rezonátoru

Je lepší než dříve existující analogy, díky čemuž je zařízení nepostradatelné v mnoha elektronických obvodech a vysvětluje rozsah použití zařízení. To potvrzuje i fakt, že za první desetiletí od jeho vynálezu bylo v USA (nepočítáme-li další země) vyrobeno více než 100 tisíc zařízení.

Mezi pozitivní vlastnosti křemenné rezonátory, vysvětlující popularitu a poptávku po zařízeních:

• dobrý faktor kvality, jehož hodnoty – 104–106 – překračují parametry dříve používaných analogů (mají faktor kvality 300);
• malé rozměry, které lze měřit ve zlomcích milimetru;
• odolnost vůči teplotě a jejím výkyvům;
• dlouhá životnost;
• snadnost výroby;
• možnost vytváření kaskádových filtrů vysoká kvalita bez použití ručního nastavení.

Křemenné rezonátory mají také nevýhody:

• externí prvky umožňují nastavit frekvenci v úzkém rozsahu;
• mít křehký design;
• nemůže tolerovat nadměrné teplo.

Princip činnosti křemenného rezonátoru

Zařízení pracuje na bázi piezoelektrického jevu, který se objevuje na nízkoteplotní křemenné desce. Prvek je vyříznut z pevného křemenného krystalu při dodržení stanoveného úhlu. Ten určuje elektrochemické parametry rezonátoru.

Destičky jsou po obou stranách potaženy vrstvou stříbra (vhodná je platina, nikl, zlato). Poté jsou pevně upevněny v pouzdře, které je utěsněno. Zařízení je oscilační systém, který má vlastní rezonanční frekvenci.

Když jsou elektrody vystaveny střídavému napětí, křemenná deska, která má piezoelektrické vlastnosti, se ohýbá, smršťuje a posouvá (v závislosti na typu zpracování krystalu). Současně se v něm objeví zpětné EMF, jako se to děje v induktoru umístěném v oscilačním obvodu.

Když je aplikováno napětí s frekvencí, která odpovídá přirozeným vibracím desky, je v zařízení pozorována rezonance. Zároveň:

• křemenný prvek zvyšuje amplitudu vibrací;
• Odpor rezonátoru je značně snížen.

Energie potřebná k udržení oscilací je v případě stejných frekvencí nízká.

Označení křemenného rezonátoru na elektrickém schématu

Zařízení je určeno podobně jako kondenzátor. Rozdíl: mezi svislé segmenty je umístěn obdélník - symbol destičky z křemenného krystalu. Mezera odděluje strany obdélníku a desku kondenzátoru. Poblíž na diagramu může být označení písmen zařízení – QX.

Jak zkontrolovat křemenný rezonátor

Problémy s malými spotřebiči nastávají, pokud dostanou silný úder. K tomu dochází, když zařízení obsahující rezonátory spadnou. Ty selžou a vyžadují výměnu podle stejných parametrů.

Kontrola funkčnosti rezonátoru vyžaduje tester. Je sestaven podle obvodu založeného na tranzistoru KT3102, 5 kondenzátorech a 2 rezistorech (zařízení je podobné křemennému oscilátoru namontovanému na tranzistoru).

Zařízení musí být připojeno k bázi tranzistoru a zápornému pólu, chráněno instalací ochranného kondenzátoru. Napájení spínacího obvodu je konstantní – 9V. Navíc je na vstup tranzistoru a na jeho výstup přes kondenzátor připojen měřič frekvence, který zaznamenává frekvenční parametry rezonátoru.

Schéma se používá při nastavování oscilačního obvodu. Když rezonátor pracuje správně, když je připojen, vytváří oscilace, které vedou ke vzniku střídavého napětí na emitoru tranzistoru. Kromě toho se frekvence napětí shoduje s podobnou charakteristikou rezonátoru.

Zařízení je vadné, pokud měřič frekvence nezjistí výskyt frekvence nebo detekuje přítomnost frekvence, ale ta se buď hodně liší od jmenovité hodnoty, nebo se při zahřátí pouzdra páječkou velmi změní.

Oscilace hrají jednu z nejdůležitějších rolí moderní svět. Existuje tedy dokonce takzvaná teorie strun, která tvrdí, že vše kolem nás jsou jen vlny. Existují ale i další možnosti využití těchto znalostí a jednou z nich je křemenný rezonátor. Stává se, že jakékoli zařízení pravidelně selhává a nejsou výjimkou. Jak se můžete ujistit, že po negativním incidentu stále funguje, jak má?

Řekněme si pár slov o křemenném rezonátoru

Křemenný rezonátor je analogem oscilačního obvodu založeného na indukčnosti a kapacitě. Ale je mezi nimi rozdíl ve prospěch prvního. Jak je známo, pojem činitel jakosti se používá k charakterizaci oscilačního obvodu. V rezonátoru na bázi křemene dosahuje velmi vysokých hodnot - v rozmezí 10 5 -10 7 . Navíc je efektivnější pro celý okruh při změnách teploty, což se promítá do delší životnosti dílů, jako jsou kondenzátory. Označení křemenných rezonátorů ve schématu je ve formě svisle umístěného obdélníku, který je na obou stranách „složený“ deskami. Navenek na výkresech připomínají hybrid kondenzátoru a rezistoru.

Jak funguje křemenný rezonátor?

Z křemenného krystalu je vybroušena destička, prsten nebo tyč. Na něj jsou aplikovány alespoň dvě elektrody, což jsou vodivé pásy. Deska je pevná a má vlastní rezonanční frekvenci mechanických vibrací. Při přivedení napětí na elektrody dochází vlivem piezoelektrického jevu ke stlačení, smyku nebo ohybu (v závislosti na tom, jak byl křemen řezán). Oscilující krystal v takových případech funguje jako induktor. Pokud je frekvence dodávaného napětí stejná nebo velmi blízká svým přirozeným hodnotám, pak je pro udržení provozu potřeba méně energie při významných rozdílech. Nyní můžete přejít k osvětlení hlavní problém, což je vlastně důvod, proč tento článek o křemenném rezonátoru vzniká. Jak ověřit jeho funkčnost? Byly vybrány 3 metody, o kterých bude řeč.

Metoda č. 1

Zde tranzistor KT368 hraje roli generátoru. Jeho frekvence je určena křemenným rezonátorem. Po připojení napájení začne generátor pracovat. Vytváří impulsy, které se rovnají frekvenci jeho hlavní rezonance. Jejich sekvence prochází kondenzátorem, který je označen jako C3 (100r). Filtruje stejnosměrnou složku a poté přenáší samotný puls do analogového frekvenčního měřiče, který je postaven na dvou diodách D9B a následujících pasivních prvcích: kondenzátor C4 (1n), rezistor R3 (100k) a mikroampérmetr. Všechny ostatní prvky slouží k zajištění stability obvodu a k tomu, aby se nic nepřepálilo. V závislosti na nastavené frekvenci se může měnit napětí na kondenzátoru C4. Jedná se o poměrně přibližnou metodu a její výhodou je snadnost. A v souladu s tím, čím vyšší je napětí, tím vyšší je frekvence rezonátoru. Existují však určitá omezení: na tomto obvodu byste jej měli zkoušet pouze v případech, kdy se pohybuje přibližně v rozmezí tří až deseti MHz. Testování křemenných rezonátorů, které přesahují tyto hodnoty, obvykle nespadá pod amatérskou radioelektroniku, ale níže budeme uvažovat o výkresu, jehož rozsah je 1-10 MHz.

Metoda číslo 2

Pro zvýšení přesnosti můžete k výstupu generátoru připojit frekvenční měřič nebo osciloskop. Poté bude možné vypočítat požadovaný ukazatel pomocí Lissajousových čísel. Ale mějte na paměti, že v takových případech je křemen vybuzen, a to jak na harmonických, tak na základní frekvenci, což zase může způsobit významnou odchylku. Podívejte se na níže uvedené diagramy (tento a předchozí). Jak vidíte, existují odlišně hledejte frekvenci a pak musíte experimentovat. Hlavní věcí je dodržovat bezpečnostní opatření.

Kontrola dvou křemenných rezonátorů najednou

Tento obvod vám umožní určit, zda jsou funkční dva quartzové rezistory, které pracují v rozsahu od jednoho do deseti MHz. Také díky němu rozpoznáte rázové signály, které jdou mezi frekvencemi. Můžete tedy nejen určit výkon, ale také vybrat quartzové rezistory, které se k sobě svým výkonem nejvíce hodí. Obvod je realizován dvěma hlavními oscilátory. První z nich pracuje s quartzovým rezonátorem ZQ1 a je implementován na tranzistoru KT315B. Pro kontrolu provozu musí být výstupní napětí větší než 1,2 V a stiskněte tlačítko SB1. Uvedený indikátor odpovídá signálu vysoká úroveň a logická jednotka. V závislosti na křemenném rezonátoru lze požadovanou hodnotu pro testování zvýšit (napětí lze při každém testu zvýšit o 0,1A-0,2V na doporučenou hodnotu). oficiální pokyny o použití mechanismu). V tomto případě bude výstup DD1.2 1 a DD1.3 0. Také indikující činnost quartz oscilátoru se rozsvítí LED HL1. Druhý mechanismus funguje podobně a bude o něm hlášen HL2. Pokud je spustíte současně, rozsvítí se také LED HL4.

Při porovnání frekvencí dvou generátorů jsou jejich výstupní signály z DD1.2 a DD1.5 odeslány do DD2.1 DD2.2. Na výstupech druhých invertorů obvod přijímá signál modulovaný šířkou pulzu, aby pak mohl porovnat výkon. Vizuálně to můžete vidět blikáním LED HL4. Pro zlepšení přesnosti je přidán frekvenční měřič nebo osciloskop. Li skutečné ukazatele lišit o kilohertz, pak pro určení vyšší frekvence quartz stiskněte tlačítko SB2. Poté první rezonátor sníží své hodnoty a tón světelných signálů bude nižší. Pak můžeme s jistotou říci, že ZQ1 je vyšší frekvence než ZQ2.

Vlastnosti šeků

Při kontrole vždy:

1. Přečtěte si pokyny dodané s křemenným rezonátorem;
2. Dodržujte bezpečnostní opatření.

Možné příčiny selhání

Existuje několik způsobů, jak deaktivovat křemenný rezonátor. Vyplatí se seznámit se s některými z nejoblíbenějších, abyste se v budoucnu vyhnuli problémům:

1. Pády z výšek. Nejoblíbenější důvod. Pamatujte: musíte vždy zachovat pracoviště v naprostém pořádku a sledujte své akce.
2. Přítomnost konstantního napětí. Obecně se křemenné rezonátory nebojí. Ale existovaly precedenty. Chcete-li zkontrolovat jeho funkčnost, zapojte do série kondenzátor 1000 mF - tento krok jej vrátí do provozu nebo zabrání negativním důsledkům.
3. Amplituda signálu je příliš velká. Tento problém lze vyřešit různými způsoby:

• Generační frekvenci posuňte mírně do strany tak, aby se lišila od hlavního indikátoru mechanické rezonance křemene. Toto je složitější varianta.
• Snižte počet voltů, které napájejí samotný generátor. Toto je jednodušší varianta.
• Zkontrolujte, zda je křemenný rezonátor skutečně mimo provoz. Důvodem poklesu aktivity tedy může být tavidlo nebo cizí částice (v tomto případě je nutné jej důkladně vyčistit). Může se také stát, že izolace byla používána příliš aktivně a ztratila své vlastnosti. Chcete-li tento bod zkontrolovat, můžete na KT315 připájet „tříbod“ a zkontrolovat jej osou (současně můžete porovnat aktivitu).

Závěr

Článek pojednával o tom, jak zkontrolovat funkčnost takových prvků elektrická schémata, jako je frekvence křemenného rezonátoru, stejně jako jejich vlastnosti. Diskutovalo se také o metodách, jak získat potřebné informace možné důvody proč během provozu selhávají. Ale abyste se vyhnuli negativním důsledkům, vždy pracujte s čistou hlavou - a pak bude provoz křemenného rezonátoru méně rušivý.

Co je generátor? Generátor je v podstatě zařízení, které přeměňuje jeden typ energie na jiný. V elektronice můžete často slyšet frázi „generátor elektrické energie, generátor frekvence“ atd.

Krystalový oscilátor je frekvenční generátor a zahrnuje. V zásadě se krystalové oscilátory dodávají ve dvou typech:

kteří mohou vydávat sinusovka

a ty, které produkují obdélníkový signál

Nejčastěji používaným signálem v elektronice je obdélníková vlna.

Pierceovo schéma

Abychom vybudili křemen na rezonanční frekvenci, musíme sestavit obvod. Nejvíce jednoduchý obvod pro vzrušující křemen - to je klasika Pierce generátor, který se skládá pouze z jednoho tranzistor s efektem pole a malý svazek čtyř rádiových prvků:

Pár slov o tom, jak schéma funguje. Diagram má pozitivum zpětná vazba a začnou se v něm objevovat vlastní oscilace. Ale co je to pozitivní zpětná vazba?

Ve škole jste byli všichni očkováni na test Mantoux, aby se zjistilo, zda máte hadičku nebo ne. Po nějaké době přišly sestry a pomocí pravítka změřily vaši kožní reakci na toto očkování.

Při tomto očkování bylo zakázáno škrábat místo vpichu. Ale mně, tehdy ještě novému klukovi, to bylo jedno. Jakmile jsem začal potichu škrábat místo vpichu, chtěl jsem se škrábat ještě víc)) A tak rychlost ruky, která škrábala vakcínu, zamrzla na nějaké špičce, protože jsem mohl kmitat rukou na maximální frekvenci 15 Hertzů Očkování mi natekly ruce až k podlaze)) A dokonce mě jednou vzali darovat krev s podezřením na tuberkulózu, ale jak se ukázalo, nenašli. Není se čemu divit ;-).

Tak proč vám tady vykládám vtipy ze života? Faktem je, že toto očkování proti svrabu je tou nejpozitivnější zpětnou vazbou, která existuje. To znamená, že dokud jsem se toho nedotkl, nechtěl jsem to poškrábat. Ale jakmile jsem si to potichu rozškrábal, začalo to víc svědit a já se začala víc škrábat a začalo to svědit ještě víc a tak dále. Pokud by na mé paži nebyla žádná fyzická omezení, pak by místo vakcinace už bylo jistě opotřebované až na maso. Rukou jsem ale mohl mávat jen s určitou maximální frekvencí. Takže stejný princip platí i pro quartzový oscilátor ;-). Dejte malý impuls a začne zrychlovat a zastaví se až na paralelní rezonanční frekvenci ;-). Říkejme tomu „fyzické omezení“.

Nejprve musíme vybrat induktor. Vzal jsem toroidní jádro a navinul několik závitů z drátu MGTF

Celý proces byl řízen pomocí LC metru, přičemž bylo dosaženo nominální hodnoty jako v diagramu - 2,5 mH. Pokud to nestačilo, přidal další otáčky, pokud to přehnal, pak to snížil. V důsledku toho jsem dosáhl následující indukčnosti:

Jeho správné jméno: .

Pinout zleva doprava: Odtok – Zdroj – Brána

Malá lyrická odbočka.

Takže jsme sestavili křemenný oscilátor, přivedli napětí, zbývá pouze odstranit signál z výstupu našeho domácího generátoru. Digitální osciloskop začne pracovat

Nejprve jsem vzal křemen na nejvyšší frekvenci, kterou mám: 32 768 megahertzů. Nezaměňujte jej s hodinkovým křemenem (o kterém bude řeč níže).

V levém dolním rohu nám osciloskop ukazuje frekvenci:

Jak můžete vidět 32,77 megahertzů. Hlavní věc je, že náš křemen žije a obvod funguje!

Vezměme křemen s frekvencí 27 megahertzů:

Moje údaje skákaly kolem. Udělal jsem screenshot, co se mi podařilo:

Také frekvence byla zobrazena víceméně správně.

No, zkontrolujeme všechny ostatní křemeny, které mám, stejným způsobem.

Zde je oscilogram křemene na 16 megahertz:

Osciloskop ukázal frekvenci přesně 16 Megahertzů.

Zde jsem nastavil křemen na 6 megahertzů:

Přesně 6 megahertzů

Při 4 megahertz:

Vše je v pořádku.

Vezměme si další sovětský na 1 megahertz. Takhle to vypadá:

Nahoře je napsáno 1000 Kilohertz = 1MegaHertz ;-)

Podívejme se na oscilogram:

Pracovník!

Pokud opravdu chcete, můžete dokonce změřit frekvenci čínským měřičem frekvence generátoru:

Chyba 400 Hertzů není na starý sovětský křemen moc. Ale je samozřejmě lepší použít normální profesionální měřič frekvence ;-)

Hodinový křemen

S hodinovým křemenem odmítl quartzový oscilátor podle Pierceova schématu pracovat.

"Co je to za křemenné hodinky?" – ptáte se. Hodinový křemen je křemen s frekvencí 32 768 Hertzů. Proč má tak zvláštní frekvenci? Jde o to, že 32 768 je 2 15. Tento quartz je spárován s 15bitovým čítacím čipem. Toto je náš mikroobvod K176IE5.

Princip činnosti tohoto mikroobvodu je následující: StrPoté, co napočítá 32 768 pulzů, vyšle pulz na jedné z nohou. Tento puls se objeví na krystalu křemene 32 768 Hertzů přesně jednou za sekundu. A jak si pamatujete, oscilace jednou za sekundu je 1 Hertz. To znamená, že na této noze bude puls vydáván s frekvencí 1 Hz. A pokud je to tak, tak proč to nepoužít v hodinkách? Odtud pochází název.

V současné době je v náramkových hodinkách a dalších mobilních zařízeních tento čítač a quartzový rezonátor zabudován do jednoho čipu a poskytuje nejen počítání sekund, ale také řadu dalších funkcí, jako je budík, kalendář atd. Takové mikroobvody se nazývají RTC (R eal T ime C zámek) nebo přeloženo z buržoazních hodin reálného času.

Pierce obvod pro obdélníkovou vlnu

Vraťme se tedy k Peirceovu schématu. Předchozí Pierceův obvod generuje sinusový signál

Existuje ale také upravený Pierceův obvod pro obdélníkový signál

A tady je:

Hodnoty některých radioprvků lze měnit v poměrně širokém rozsahu. Například kondenzátory C1 a C2 mohou být v rozsahu od 10 do 100 pF. Zde platí pravidlo: čím nižší je frekvence křemene, tím menší by měla být kapacita kondenzátoru. Pro hodinkové krystaly lze dodat kondenzátory s nominální hodnotou 15-18 pF. Pokud má křemen frekvenci 1 až 10 megahertzů, můžete ji nastavit na 22-56 pF. Pokud se nechcete obtěžovat, stačí nainstalovat kondenzátory s kapacitou 22 pF. Opravdu se nemůžete pokazit.

Také malý tip k poznámce: změnou hodnoty kondenzátoru C1 můžete upravit rezonanční frekvenci ve velmi jemných mezích.

Rezistor R1 lze změnit od 1 do 20 MOhm a odpor R2 od nuly do 100 kOhm. I zde platí pravidlo: čím nižší frekvence křemene, tím větší hodnota těchto rezistorů a naopak.

Maximální frekvence krystalu, kterou lze vložit do obvodu, závisí na rychlosti invertoru CMOS. Vzal jsem čip 74HC04. Nepůsobí moc rychle. Skládá se ze šesti měničů, ale použijeme pouze jeden měnič:

Zde je jeho pinout:

Po připojení hodinového křemene k tomuto obvodu osciloskop vytvořil následující oscilogram:

Mimochodem, připomíná vám tato část diagramu něco?

Neslouží tato část obvodu k taktování mikrokontrolérů AVR?

Ona je ta pravá! Prostě chybějící prvky obvodu jsou již v samotném MK ;-)

Výhody krystalových oscilátorů

Výhodou quartzových frekvenčních oscilátorů je jejich vysoká frekvenční stabilita. V zásadě je to 10 -5 - 10 -6 od nominální hodnoty nebo, jak se často říká, ppm (z angl. části na milion)- části na milion, tedy jedna miliontina nebo číslo 10 -6. Frekvenční odchylka v jednom nebo druhém směru u křemenného oscilátoru je spojena hlavně se změnami okolní teploty a také se stárnutím křemene. Jak křemen stárne, frekvence křemenného oscilátoru se každým rokem o něco zmenšuje o cca 1,8x10-7 od jmenovité hodnoty. Kdybych, řekněme, vzal křemen s frekvencí 10 Hz (10 000 000 Hz) a dal ho do obvodu, pak během roku jeho frekvence klesne asi o 2 Hz;-) Myslím, že je to docela snesitelné.

V současné době se quartzové oscilátory vyrábějí ve formě kompletních modulů. Některé firmy vyrábějící takové generátory dosahují frekvenční stability až 10 -11 od jmenovité hodnoty! Hotové moduly vypadají asi takto:

nebo tak

Takové moduly krystalových oscilátorů mají převážně 4 výstupy. Zde je vývod čtvercového krystalového oscilátoru:

Pojďme zkontrolovat jeden z nich. Píše se 1 MHz

Zde je jeho pohled zezadu:

Zde je jeho pinout:

Přivedením konstantního napětí od 3,3 do 5 voltů s plus 8 a mínus 4 jsem z výstupu 5 získal čistou, hladkou, krásnou obdélníkovou vlnu s frekvencí napsanou na křemenném oscilátoru, tedy 1 megahertz, s velmi malé emise.

No, to je pohled pro bolavé oči!

A čínský měřič frekvence generátoru ukázal přesnou frekvenci:

Odtud vyvozujeme: je lepší koupit hotový quartz oscilátor, než ztrácet spoustu času a nervů nastavováním Pierceova obvodu. Pierceův obvod bude vhodný pro testování rezonátorů a pro vaše různé domácí projekty.

Měřič frekvence je užitečné zařízení v radioamatérské laboratoři (zejména při absenci osciloskopu).

Kromě měřiče frekvence mi osobně často chyběl tester quartzových rezonátorů - z Číny začalo přicházet příliš mnoho vadných výrobků. Nejednou se stalo, že sestavíte zařízení, naprogramujete mikrokontrolér, nahrajete pojistky tak, aby byl taktován externím quartzem, a je to - po zaznamenání pojistek programátor přestane vidět MK. Důvodem je "rozbitý" křemen, méně často - "buggy" mikrokontrolér (nebo pečlivě přeznačený Číňany s přidáním například písmene "A" na konci) a narazil jsem až na 5%. ta várka s tak vadnými křemeny Mimochodem, docela známá čínská sada čítačů frekvence Mě se absolutně nelíbil quartz tester na mikrokontroléru PIC a LED displeji z Aliexpressu, protože často místo frekvence ukazoval buď. počasí v Zimbabwe nebo frekvence „nezajímavých“ harmonických (nebo jsem možná měl smůlu).

Moderní digitální technologie vyžaduje vysokou přesnost, a tak není vůbec překvapivé, že téměř každé digitální zařízení, které dnes běžného člověka zaujme, obsahuje uvnitř quartzový rezonátor. Křemenné rezonátory na různých frekvencích jsou potřebné jako spolehlivé a stabilní zdroje harmonické vibrace , do digitální mikrokontrolér

mohl spoléhat na referenční frekvenci a pracovat s ní v budoucnu během provozu digitálního zařízení. Křemenný rezonátor je tedy spolehlivou náhradou oscilačního LC obvodu.

Ne nadarmo mají kondenzátory a cívky takové parametry jako TKE - teplotní koeficient kapacity a TKI - teplotní koeficient indukčnosti, ukazující, jak moc se mění hlavní parametry těchto součástek se změnami jejich teploty.

Na rozdíl od oscilačních obvodů mají křemenné rezonátory pro oscilační obvody nedosažitelný kvalitativní faktor, který se měří v hodnotách od 10 000 do 10 000 000 a o teplotní stabilitě křemenných rezonátorů nemůže být řeč, protože frekvence zůstává konstantní při jakékoli hodnotě teploty. , obvykle z rozsahu od -40°C do +70°C.

Díky své vysoké teplotní stabilitě a faktoru kvality se křemenné rezonátory používají v celé radiotechnice a digitální elektronice.

K nastavení hodinového kmitočtu potřebuje vždy hodinový generátor, na který by se mohl spolehlivě spolehnout a tento generátor vždy potřebuje vysokofrekvenční a navíc velmi přesný. Zde přichází na pomoc křemenný rezonátor. Samozřejmě si v některých aplikacích vystačíte s piezokeramickými rezonátory s faktorem kvality 1000 a takové rezonátory jsou dostačující pro elektronické hračky a domácí rádia, ale pro přesnější zařízení je potřeba quartz.

Činnost křemenného rezonátoru je založena na energii, která se objevuje na křemenné desce. Křemen je polymorf oxidu křemičitého SiO2 a v přírodě se vyskytuje ve formě krystalů a oblázků. V zemské kůře je asi 12 % křemene ve volné formě, kromě toho je křemen obsažen ve formě směsí i v jiných minerálech a obecně je v zemské kůře více než 60 % křemene (hmotnostní zlomek).

Nízkoteplotní křemen, který má výrazné piezoelektrické vlastnosti, je vhodný pro vytváření rezonátorů. Chemicky je křemen velmi stabilní a lze jej rozpustit pouze v kyselině fluorovodíkové. Křemen je tvrdší než opál, ale ne tak tvrdý jako diamant.

Při výrobě křemenné desky se z křemenného krystalu vyřízne kus pod přesně stanoveným úhlem. V závislosti na úhlu řezu se bude výsledná křemenná deska lišit svými elektromechanickými vlastnostmi.

Vznikne tak oscilační systém, který má vlastní rezonanční kmitočet a takto získaný křemenný rezonátor má vlastní rezonanční kmitočet, určený elektromechanickými parametry.

Nyní, když aplikujete plast na kovové elektrody střídavé napětí dané rezonanční frekvencí, pak se projeví jev rezonance a velmi výrazně vzroste amplituda harmonických kmitů desky. V tomto případě se odpor rezonátoru výrazně sníží, to znamená, že proces je podobný tomu, co se vyskytuje v sériovém oscilačním obvodu. Vzhledem k vysokému činiteli kvality takového „oscilačního obvodu“ jsou ztráty energie při jeho buzení na rezonanční frekvenci zanedbatelné.

Na náhradním obvodu: C2 - statická elektrická kapacita desek s držáky, L - indukčnost, C1 - kapacita, R - odpor, odrážející elektromechanické vlastnosti instalované křemenné desky. Pokud odstraníte montážní prvky, zůstane vám sériový LC obvod.

Při instalaci na desku plošných spojů nemůže dojít k přehřátí křemenného rezonátoru, protože jeho konstrukce je značně křehká a přehřátí může vést k deformaci elektrod a držáku, což jistě ovlivní činnost rezonátoru v hotové zařízení. Zahřejete-li křemen na 5730°C, zcela ztratí své piezoelektrické vlastnosti, ale nahřátí prvku páječkou na takovou teplotu je naštěstí nemožné.

Označení křemenného rezonátoru ve schématu je podobné označení kondenzátoru s obdélníkem mezi deskami (křemenná deska) a s nápisem „ZQ“ nebo „Z“.

Často je příčinou poškození křemenného rezonátoru pád nebo silný náraz zařízení, ve kterém je instalován, a pak je nutné vyměnit rezonátor za nový se stejnou rezonanční frekvencí. Takové poškození je typické pro malá zařízení, která lze snadno upustit. Podle statistik je však takové poškození křemenných rezonátorů extrémně vzácné a častěji je porucha zařízení způsobena jiným důvodem.

Chcete-li zkontrolovat provozuschopnost křemenného rezonátoru, můžete sestavit malou sondu, která vám pomůže nejen ujistit se, že rezonátor funguje, ale také vidět jeho rezonanční frekvenci. Obvod sondy je typické schéma křemenný oscilátor na jednom tranzistoru.

Zapnutím rezonátoru mezi základnou a mínusem (můžete použít ochranný kondenzátor v případě zkrat v rezonátoru), zbývá jen změřit rezonanční kmitočet frekvenčním měřičem. Tento obvod je také vhodný pro předladění oscilačních obvodů.

Při sepnutí obvodu bude ke generování oscilací přispívat pracovní rezonátor a na emitoru tranzistoru lze pozorovat střídavé napětí, jehož frekvence bude odpovídat hlavní rezonanční frekvenci testovaného křemenného rezonátoru.

Po připojení frekvenčního měřiče k výstupu sondy může uživatel pozorovat tuto rezonanční frekvenci. Pokud je frekvence stabilní, pokud mírné zahřátí rezonátoru páječkou nevede k silnému frekvenčnímu driftu, pak rezonátor funguje. Pokud nedochází ke generování nebo frekvence plave nebo se ukáže, že je úplně jiná, než by měla být u testované součásti, pak je rezonátor vadný a měl by být vyměněn.

Tato sonda je vhodná i pro předladění oscilačních obvodů, v tomto případě je zapotřebí kondenzátor C1, i když při kontrole rezonátorů jej lze z obvodu vyloučit. Obvod se jednoduše připojí na místo rezonátoru a obvod začne generovat oscilace stejným způsobem.

Sonda sestavená podle výše uvedeného obvodu funguje pozoruhodně dobře na frekvencích od 15 do 20 MHz. Pro ostatní rozsahy můžete vždy hledat schémata zapojení na internetu, naštěstí je jich mnoho, jak na diskrétních součástkách, tak na mikroobvodu.