Oscillatore a cristallo. Generatore ad alta frequenza per testare risonatori al quarzo Come controllare la frequenza del quarzo

Le oscillazioni svolgono uno dei ruoli più importanti nel mondo moderno. Esiste quindi anche la cosiddetta teoria delle stringhe, secondo la quale tutto ciò che ci circonda è costituito solo da onde. Ma ci sono altre opzioni per utilizzare questa conoscenza e una di queste è un risonatore al quarzo. Accade così che qualsiasi attrezzatura si guasti periodicamente e non fanno eccezione. Come puoi assicurarti che dopo un incidente negativo funzioni ancora come dovrebbe?

Diciamo una parola sul risuonatore al quarzo

Un risonatore al quarzo è un analogo di un circuito oscillatorio basato su induttanza e capacità. Ma c'è una differenza tra loro a favore del primo. Come è noto, per caratterizzare un circuito oscillatorio viene utilizzato il concetto di fattore di qualità. In un risonatore a base di quarzo raggiunge valori molto elevati - nell'intervallo 10 5 -10 7 . Inoltre, è più efficiente per l'intero circuito quando la temperatura cambia, il che si traduce in una maggiore durata di componenti come i condensatori. La designazione dei risonatori al quarzo nel diagramma ha la forma di un rettangolo posizionato verticalmente, che è "racchiuso" su entrambi i lati da piastre. Esternamente nei disegni assomigliano a un ibrido tra un condensatore e un resistore.

Come funziona un risonatore al quarzo?

Un piatto, un anello o una barra vengono tagliati da un cristallo di quarzo. Su di esso sono applicati almeno due elettrodi, che sono strisce conduttrici. La piastra è fissa e ha una propria frequenza di risonanza delle vibrazioni meccaniche. Quando viene applicata tensione agli elettrodi, si verificano compressione, taglio o flessione a causa dell'effetto piezoelettrico (a seconda di come è stato tagliato il quarzo). Il cristallo oscillante in questi casi funziona come un induttore. Se la frequenza della tensione fornita è uguale o molto vicina ai suoi valori naturali, in caso di differenze significative è necessaria meno energia per mantenere il funzionamento. Ora possiamo passare all'evidenziazione del problema principale, motivo per cui è stato scritto questo articolo sul risuonatore al quarzo. Come verificarne la funzionalità? Sono stati selezionati 3 metodi, che saranno discussi.

Metodo n. 1

Qui il transistor KT368 svolge il ruolo di generatore. La sua frequenza è determinata da un risuonatore al quarzo. Quando viene fornita alimentazione, il generatore inizia a funzionare. Crea impulsi uguali alla frequenza della sua risonanza principale. La loro sequenza passa attraverso un condensatore, denominato C3 (100r). Filtra la componente CC e quindi trasmette l'impulso stesso a un frequenzimetro analogico, che è costruito su due diodi D9B e i seguenti elementi passivi: condensatore C4 (1n), resistore R3 (100k) e un microamperometro. Tutti gli altri elementi servono a garantire la stabilità del circuito e affinché nulla si bruci. A seconda della frequenza impostata, la tensione sul condensatore C4 potrebbe cambiare. Questo è un metodo abbastanza approssimativo e il suo vantaggio è la facilità. E, di conseguenza, maggiore è la tensione, maggiore è la frequenza del risonatore. Ma ci sono alcune limitazioni: dovresti provarlo su questo circuito solo nei casi in cui si trova nell'intervallo approssimativo da tre a dieci MHz. Il test dei risonatori al quarzo che vanno oltre questi valori di solito non rientra nell'elettronica radioamatoriale, ma di seguito considereremo un disegno la cui portata è 1-10 MHz.

Metodo numero 2

Per aumentare la precisione è possibile collegare un frequenzimetro o un oscilloscopio all'uscita del generatore. Successivamente sarà possibile calcolare l'indicatore desiderato utilizzando le cifre di Lissajous. Ma tieni presente che in questi casi il quarzo è eccitato, sia alle armoniche che alla frequenza fondamentale, che a sua volta può dare una deviazione significativa. Guarda i diagrammi qui sotto (questo e quello precedente). Come puoi vedere, ci sono diversi modi per cercare la frequenza e qui dovrai sperimentare. La cosa principale è seguire le precauzioni di sicurezza.

Controllo di due risuonatori al quarzo contemporaneamente

Questo circuito consentirà di determinare se sono operativi due resistori al quarzo che funzionano nell'intervallo da uno a dieci MHz. Inoltre, grazie ad esso, puoi riconoscere i segnali d'urto che passano tra le frequenze. Pertanto, non solo è possibile determinare le prestazioni, ma anche selezionare i resistori al quarzo che sono più adatti l'uno all'altro in termini di prestazioni. Il circuito è implementato con due oscillatori master. Il primo funziona con un risonatore al quarzo ZQ1 ed è implementato su un transistor KT315B. Per verificare il funzionamento, la tensione di uscita deve essere maggiore di 1,2 V e premere il pulsante SB1. L'indicatore indicato corrisponde ad un segnale di alto livello e logico. A seconda del risonatore al quarzo, il valore richiesto per il test può essere aumentato (la tensione può essere aumentata ad ogni test di 0,1 A-0,2 V rispetto a quella consigliata nelle istruzioni ufficiali per l'uso del meccanismo). In questo caso, l'uscita DD1.2 sarà 1 e DD1.3 sarà 0. Inoltre, indicando il funzionamento dell'oscillatore al quarzo, il LED HL1 si accenderà. Il secondo meccanismo funziona in modo simile e verrà segnalato da HL2. Se li avviate contemporaneamente si accenderà anche il LED HL4.

Quando vengono confrontate le frequenze di due generatori, i loro segnali di uscita da DD1.2 e DD1.5 vengono inviati a DD2.1 DD2.2. Alle uscite dei secondi inverter, il circuito riceve un segnale modulato in larghezza di impulso per poi confrontare le prestazioni. Puoi vederlo visivamente facendo lampeggiare il LED HL4. Per migliorare la precisione, viene aggiunto un frequenzimetro o un oscilloscopio. Se gli indicatori effettivi differiscono di kilohertz, per determinare un quarzo a frequenza più alta, premere il pulsante SB2. Quindi il primo risonatore ridurrà i suoi valori e il tono dei battiti del segnale luminoso sarà inferiore. Quindi possiamo affermare con sicurezza che ZQ1 ha una frequenza più alta di ZQ2.

Caratteristiche dei controlli

Quando controlli sempre:

Leggi le istruzioni fornite con il risuonatore al quarzo;
Seguire le precauzioni di sicurezza.

Possibili cause di guasto

Esistono diversi modi per disattivare il risonatore al quarzo. Vale la pena familiarizzare con alcuni dei più popolari per evitare problemi in futuro:

Cade dall'alto. Il motivo più popolare. Ricorda: devi sempre tenere in ordine la tua area di lavoro e monitorare le tue azioni.
Presenza di tensione costante. In generale, i risonatori al quarzo non ne hanno paura. Ma c'erano dei precedenti. Per verificarne la funzionalità, collegare in serie un condensatore da 1000 mF: questo passaggio lo riporterà al funzionamento o eviterà conseguenze negative.
L'ampiezza del segnale è troppo grande. Questo problema può essere risolto in diversi modi:

Spostare leggermente la frequenza di generazione di lato in modo che differisca dall'indicatore principale della risonanza meccanica del quarzo. Questa è un'opzione più complessa.
Ridurre il numero di volt che alimentano il generatore stesso. Questa è un'opzione più semplice.
Controllare se il risuonatore al quarzo è davvero guasto. Quindi, il motivo della diminuzione dell'attività potrebbe essere il flusso o particelle estranee (in questo caso è necessario pulirlo accuratamente). Può anche darsi che l'isolante sia stato utilizzato troppo attivamente e abbia perso le sue proprietà. Per verificare questo punto, puoi saldare un "tre punti" sul KT315 e controllarlo con un asse (allo stesso tempo puoi confrontare l'attività).

Conclusione

L'articolo discuteva come verificare le prestazioni di elementi di circuiti elettrici come la frequenza di un risonatore al quarzo, nonché le loro proprietà. Sono stati discussi i metodi per stabilire le informazioni necessarie, nonché le possibili ragioni per cui falliscono durante il funzionamento. Ma per evitare conseguenze negative, lavora sempre con la mente lucida, quindi il funzionamento del risonatore al quarzo sarà meno disturbante.

13.11.10

14793 4.4

Nella pratica radioamatoriale, molto spesso è necessario il controllo generatore ad alta frequenza, ad esempio per testare risonatori piezoceramici e al quarzo. L'articolo discuterà il circuito di un generatore ad alta frequenza con una frequenza regolabile fino a 80 MHz. In precedenza abbiamo scritto su come controllare un risonatore al quarzo, ora portiamo alla vostra attenzione un'altra versione del dispositivo per controllare i risonatori al quarzo. Naturalmente ci sono differenze nei circuiti, c'è anche una differenza nella funzionalità, in una parola sta a te scegliere.

Schema del dispositivo:

L'oscillatore principale è un circuito integrato digitale DD1 tipo KR531GG1. In sostanza, il microcircuito è costituito da due generatori controllati. La frequenza operativa di questi generatori controllati è determinata da risonatori e condensatori al quarzo o piezoceramici collegati ai terminali C1 e C2 del generatore. Nel circuito del generatore ad alta frequenza in esame, viene utilizzato solo il primo generatore del microcircuito. Per facilitare l'avvio di un generatore con risonatori piezoceramici, la cui frequenza operativa è inferiore a 4 MHz, in parallelo ai terminali C1, C2 è collegato un resistore R1.

I risonatori in prova verranno eccitati alla frequenza di risonanza fondamentale, cioè alla frequenza della prima armonica. Questo deve essere preso in considerazione durante l'esecuzione controllo dei risonatori, progettati per funzionare in dispositivi di trasmissione e ricezione radio. Ad esempio, i cristalli armonici con una frequenza operativa di 27 MHz (terza armonica) verranno eccitati rispettivamente ad una frequenza di 9 MHz. Il divisore di frequenza in 2 e 4 è assemblato sul chip DD2.

Il segnale ad alta frequenza dall'uscita F dell'oscillatore master DD1.1 attraverso il resistore limitatore di corrente R2 viene fornito all'ingresso C (pin 3) del trigger DD2.1, e successivamente diviso per 2, dall'uscita di questo D-trigger genera un segnale con una frequenza già pari alla metà di quella dell'oscillatore principale che cade sul secondo trigger del chip DD2.1, che viene acceso in modo simile. Pertanto, all'uscita del divisore di frequenza riceviamo un segnale con una frequenza 4 volte inferiore alla frequenza dell'oscillatore principale.

Il fatto che il risonatore in prova sia eccitato è segnalato dal LED HL2. Il microcircuito DD3 viene utilizzato come elementi buffer. Ciò consente di aumentare la stabilità di DD1, DD2, eliminando l'influenza del carico collegato. È possibile collegare un frequenzimetro al generatore ad alta frequenza per il monitoraggio, che è in grado di misurare segnali con una frequenza di almeno 80 MHz. È inoltre possibile fornire al frequenzimetro collegato segnali provenienti dall'oscillatore master DD1, oppure da un divisore con frequenza 2 o 4 volte inferiore, il che può essere utile quando si utilizza una sonda frequenzimetro esterna e un cavo di collegamento con larghezza di banda insufficiente.

I circuiti digitali integrati utilizzati nel generatore sono alimentati da una sorgente di tensione stabilizzata raccolta sullo stabilizzatore DA1. In generale il generatore è abbastanza economico; quando il generatore funziona alla frequenza di 50 MHz, consuma una corrente di circa 100 mA attraverso il circuito di alimentazione. La presenza della tensione di alimentazione è segnalata dal LED HL1. Per proteggere il dispositivo dall'alimentazione con polarità inversa, viene utilizzato il diodo VD1.

Aspetto del pannello finito:

Nella prima versione del dispositivo finito, l'installazione è stata eseguita utilizzando il metodo a cerniera, la connessione è stata effettuata con un conduttore di montaggio sottile e l'intero strato di lamina è stato utilizzato come filo comune. È necessario prestare molta attenzione durante il cablaggio dei circuiti di segnale e di alimentazione, poiché i microcircuiti ad alta frequenza delle serie KR531, 74F, se installati in modo errato, possono generare interferenze con una gamma di frequenze abbastanza ampia.

Dettagli. Invece del microcircuito KR531GG1, puoi utilizzare KR1531GG1, K531GG1P. Invece del microcircuito importato MC74F74N, è possibile utilizzare qualsiasi serie 74F74N o sostituirlo con il KR531TM2 domestico. Se si apportano piccole modifiche allo schema elettrico, è possibile sostituire questo microcircuito con un divisore per 10, come opzione, assemblato sul microcircuito KR531IE9. Il microcircuito MC74F00N può essere sostituito con una qualsiasi delle serie 74F00N o con l'analogico domestico KR531LAZ, KR1531LAZ. Va notato che quando si utilizzano microcircuiti domestici, la corrente consumata dal dispositivo potrebbe aumentare leggermente.

Se sorgono difficoltà nell'acquisto di tali microcircuiti, invece di DD2 e DD3 è possibile installare temporaneamente i microcircuiti adatti della serie KR1533, ma è necessario tenere presente che la gamma di frequenza del risuonatore al quarzo scenderà a 50...70 MHz. Lo stabilizzatore di tensione +5 V tipo L7805ACV può essere sostituito con uno qualsiasi della serie 7805 o con un circuito integrato domestico KR142EN5A o KR142EN5V. Va notato che alcuni stabilizzatori di tensione hanno un limite inferiore della tensione minima da 7 V a 8 V.

Seguendo le raccomandazioni, il chip stabilizzatore di tensione deve essere installato su un piccolo dissipatore di calore. Invece del diodo 1N4001, puoi utilizzarne uno simile delle serie KD243, KD226. I diodi 1N4148 possono essere sostituiti con diodi delle serie KD409, KD503, 2D419. Non esistono requisiti speciali per i LED; sono adatti LED per uso generale di qualsiasi tipo. Condensatori di tipo ossido K53-19, K53-30, K50-35 o loro analoghi importati. Condensatori ceramici non polari K10-17 o simili importati. Puoi utilizzare qualsiasi resistore di piccole dimensioni, ad esempio il più comune: MLT.

Per poter controllare i risonatori con diametri di contatto diversi è necessario prevedere due prese diverse. La lunghezza dei fili dai pin C1, C2 del chip DD1 dovrebbe essere minima. Per modificare la gamma di frequenza operativa del generatore da 760 kHz a 12 MHz, invece del risuonatore al quarzo ZQ1, è necessario collegare alle prese un condensatore variabile da 20 a 540 pF. Inoltre, il generatore ad alta frequenza può essere modificato se, al posto del risonatore al quarzo ZQ1, è installato un condensatore di regolazione della frequenza, l'uscita F di DD1.2 è collegata all'ingresso Uc (pin 2) o Ud (pin 3 ) di DD1.1, l'ingresso E di DD1.2 deve essere collegato al filo comune e collegare un condensatore con capacità di 0,22 μF ai pin C1 e C2 di DD1.2.

Il generatore DD1.2, dopo tali modifiche, funzionerà con una frequenza di 2 kHz e all'uscita 7 DD1 riceveremo un segnale modulato in frequenza. In aggiunta a quanto sopra, segnali modulanti in controfase possono essere forniti contemporaneamente agli ingressi Ud e Uc, alternativamente dall'uscita 6 dell'inverter DD3.1 e dall'uscita 7 di DD1. Ma per ridurre la deviazione di frequenza, questi segnali modulanti dovrebbero essere forniti tramite resistori di regolazione da 220...470 Ohm. Oltre ai risonatori al quarzo o piezoceramici è possibile collegare anche filtri piezoceramici. Un generatore ad alta frequenza può essere utilizzato oltre al test dei risonatori al quarzo e, ad esempio, come calibratore, generatore di effetti sonori, microtrasmettitore e dispositivo per misurare la capacità del condensatore.

Cos'è un generatore? Un generatore è essenzialmente un dispositivo che converte un tipo di energia in un altro. In elettronica si sente spesso la frase "generatore di energia elettrica, generatore di frequenza", ecc.

Un oscillatore a cristallo è un generatore di frequenza e include. Fondamentalmente, gli oscillatori a cristallo sono di due tipi:

quelli che possono produrre un segnale d'onda sinusoidale

e quelli che producono un segnale ad onda quadra

Il segnale più comunemente utilizzato in elettronica è un'onda quadra.

Il piano di Pierce

Per eccitare il quarzo alla frequenza di risonanza, dobbiamo assemblare un circuito. Il circuito più semplice per emozionare il quarzo è quello classico Generatore di perforazioni, che consiste in un solo transistor ad effetto di campo e un piccolo cablaggio di quattro elementi radio:

Qualche parola su come funziona lo schema. C'è un feedback positivo nel circuito e in esso iniziano ad apparire auto-oscillazioni. Ma cos’è il feedback positivo?

A scuola siete stati tutti vaccinati per il test di Mantoux per determinare se avevate o meno il sondino. Dopo un po' di tempo, sono arrivate le infermiere e hanno usato un righello per misurare la reazione cutanea a questa vaccinazione.

Quando è stata somministrata questa vaccinazione, era vietato grattare il sito di iniezione. Ma io, allora ancora un ragazzo nuovo, non me ne fregava niente. Non appena ho iniziato a grattare silenziosamente il sito di iniezione, volevo grattarlo ancora di più)) E così la velocità della mano che grattava il vaccino si è bloccata a un picco, perché potevo oscillare la mano a una frequenza massima di 15 Hertz . Vaccinazione le mie braccia si sono gonfiate fino al pavimento)) E anche una volta mi hanno portato a donare il sangue perché sospettato di tubercolosi, ma come si è scoperto, non l'hanno trovato. Non è sorprendente ;-).

Allora perché ti racconto barzellette sulla vita qui? Il fatto è che questa vaccinazione contro la scabbia è il feedback più positivo che ci sia. Cioè, finché non lo toccavo, non volevo graffiarlo. Ma non appena l'ho grattato piano, ha cominciato a prudere di più e ho cominciato a grattarmi di più, e ha cominciato a prudere ancora di più, e così via. Se non ci fossero state restrizioni fisiche sul mio braccio, sicuramente il sito di vaccinazione sarebbe già stato consumato fino alla carne. Ma potevo agitare la mano solo con una certa frequenza massima. Quindi, lo stesso principio si applica a un oscillatore al quarzo ;-). Dai un piccolo impulso e inizia ad accelerare e si ferma solo alla frequenza di risonanza parallela ;-). Chiamiamola “limitazione fisica”.

Prima di tutto, dobbiamo selezionare un induttore. Ho preso un nucleo toroidale e ho avvolto diverse spire dal filo MGTF

L'intero processo è stato controllato utilizzando un misuratore LC, ottenendo un valore nominale come nel diagramma: 2,5 mH. Se non bastasse, aggiungeva più turni; se esagerava, allora li diminuiva. Di conseguenza, ho ottenuto la seguente induttanza:

Il suo nome corretto è: .

Pinout da sinistra a destra: Drain – Source – Gate

Una piccola digressione lirica.

Quindi, abbiamo assemblato l'oscillatore al quarzo, applicato la tensione, non resta che rimuovere il segnale dall'uscita del nostro generatore fatto in casa. Un oscilloscopio digitale si mette al lavoro

Innanzitutto ho portato il quarzo alla frequenza più alta che ho: 32.768 Megahertz. Non confonderlo con l'orologio al quarzo (di cui parleremo di seguito).

Nell'angolo in basso a sinistra l'oscilloscopio ci mostra la frequenza:

Come puoi vedere 32,77 Megahertz. La cosa principale è che il nostro quarzo è vivo e il circuito funziona!

Prendiamo il quarzo con una frequenza di 27 Megahertz:

Le mie letture saltavano qua e là. Ho fatto uno screenshot di ciò che ho gestito:

Anche la frequenza è stata mostrata più o meno correttamente.

Bene, controlliamo allo stesso modo tutti gli altri quarzi che ho.

Ecco un oscillogramma al quarzo a 16 Megahertz:

L'oscilloscopio ha mostrato una frequenza di esattamente 16 Megahertz.

Qui ho impostato il quarzo su 6 Megahertz:

Esattamente 6 megahertz

A 4 megahertz:

Tutto ok.

Bene, prendiamone un altro sovietico a 1 Megahertz. Ecco come appare:

In alto c'è scritto 1000 Kilohertz = 1MegaHertz ;-)

Diamo un'occhiata all'oscillogramma:

Lavoratore!

Se proprio vuoi, puoi misurare la frequenza anche con un generatore-frequenzimetro cinese:

L'errore di 400 Hertz non è molto per un vecchio quarzo sovietico. Ma è meglio, ovviamente, usare un normale frequenzimetro professionale ;-)

Quarzo delle ore

Con l'orologio al quarzo, l'oscillatore al quarzo secondo lo schema Pierce ha rifiutato di funzionare.

"Che tipo di orologio al quarzo è questo?" - tu chiedi. Il quarzo dell'ora è un quarzo con una frequenza di 32.768 Hertz. Perché ha una frequenza così strana? Il punto è che 32.768 fa 2 15. Questo quarzo è accoppiato con un chip contatore a 15 bit. Questo è il nostro microcircuito K176IE5.

Il principio di funzionamento di questo microcircuito è il seguente: pDopo aver contato 32.768 impulsi, emette un impulso su una delle gambe. Appare questo impulso su un cristallo di quarzo da 32.768 Hertz esattamente una volta al secondo. E come ricordi, l'oscillazione una volta al secondo è 1 Hertz. Cioè, su questa tratta l'impulso verrà emesso con una frequenza di 1 Hz. E se è così, perché non usarlo negli orologi? Da qui deriva il nome.

Attualmente, negli orologi da polso e in altri gadget mobili, questo contatore e il risonatore al quarzo sono integrati in un unico chip e forniscono non solo il conteggio dei secondi, ma anche una serie di altre funzioni, come sveglia, calendario, ecc. Tali microcircuiti sono chiamati RTC (R eal T tempo C lock) o tradotto dal borghese Real Time Clock.

Circuito di perforazione per onda quadra

Torniamo quindi allo schema di Peirce. Il precedente circuito Pierce genera un segnale sinusoidale

Ma esiste anche un circuito Pierce modificato per un segnale ad onda quadra

Ed eccola qui:

Le valutazioni di alcuni radioelementi possono essere modificate in un intervallo abbastanza ampio. Ad esempio, i condensatori C1 e C2 possono essere compresi tra 10 e 100 pF. La regola qui è questa: minore è la frequenza del quarzo, minore dovrebbe essere la capacità del condensatore. Per i cristalli degli orologi i condensatori possono essere forniti con un valore nominale di 15-18 pF. Se il quarzo ha una frequenza compresa tra 1 e 10 Megahertz, puoi impostarlo su 22-56 pF. Se non vuoi preoccuparti, installa semplicemente condensatori con una capacità di 22 pF. Non puoi davvero sbagliare.

Inoltre un piccolo consiglio da notare: modificando il valore del condensatore C1, è possibile regolare la frequenza di risonanza entro limiti molto precisi.

Il resistore R1 può essere modificato da 1 a 20 MOhm e R2 da zero a 100 kOhm. Anche qui esiste una regola: minore è la frequenza del quarzo, maggiore è il valore di questi resistori e viceversa.

La frequenza massima del cristallo che può essere inserita nel circuito dipende dalla velocità dell'inverter CMOS. Ho preso il chip 74HC04. Non ha un'azione molto rapida. È composto da sei inverter, ma utilizzeremo un solo inverter:

Ecco il suo pinout:

Collegando un orologio al quarzo a questo circuito, l'oscilloscopio ha prodotto il seguente oscillogramma:

A proposito, questa parte del diagramma ti ricorda qualcosa?

Questa parte del circuito non è utilizzata per sincronizzare i microcontrollori AVR?

Lei è quella! È solo che gli elementi mancanti del circuito sono già nello stesso MK;-)

Vantaggi degli oscillatori a cristallo

I vantaggi degli oscillatori di frequenza al quarzo sono la loro stabilità ad alta frequenza. In pratica dista 10 -5 - 10 -6 dal valore nominale o, come si dice spesso, ppm (dall'inglese. parti per milione)- parti per milione, cioè un milionesimo o il numero 10 -6. La deviazione della frequenza in una direzione o nell'altra in un oscillatore al quarzo è principalmente associata ai cambiamenti della temperatura ambiente, nonché all'invecchiamento del quarzo. Con l'invecchiamento del quarzo, la frequenza dell'oscillatore al quarzo diminuisce ogni anno di circa 1,8x10 -7 rispetto al valore nominale. Se, ad esempio, prendessi un quarzo con una frequenza di 10 Megahertz (10.000.000 di Hertz) e lo inserissi nel circuito, tra un anno la sua frequenza diminuirà di circa 2 Hertz ;-) Penso che sia abbastanza tollerabile.

Attualmente gli oscillatori al quarzo vengono prodotti sotto forma di moduli completi. Alcune aziende che producono tali generatori raggiungono una stabilità di frequenza fino a 10 -11 dal valore nominale! I moduli finiti assomigliano a questo:

o così

Tali moduli oscillatori a cristallo hanno principalmente 4 uscite. Ecco la piedinatura di un oscillatore a cristallo quadrato:

Controlliamone uno. Dice 1 MHz

Ecco la sua vista posteriore:

Ecco il suo pinout:

Applicando una tensione costante da 3,3 a 5 Volt con un più di 8 e un meno di 4, dall'uscita 5 ho ricevuto un'onda quadra pulita, liscia e bella con una frequenza scritta su un oscillatore al quarzo, cioè 1 Megahertz, con emissioni molto ridotte.

Beh, questo è uno spettacolo per gli occhi irritati!

E il frequenzimetro cinese del generatore ha mostrato la frequenza esatta:

Da qui concludiamo: è meglio acquistare un oscillatore al quarzo già pronto piuttosto che perdere molto tempo e nervi nella configurazione del circuito Pierce. Il circuito di Pierce sarà adatto per testare i risonatori e per i vostri vari prodotti fatti in casa.

Come controllare un risuonatore al quarzo? Controllo dei risuonatori al quarzo

Le oscillazioni svolgono uno dei ruoli più importanti nel mondo moderno. Quindi esiste anche la cosiddetta teoria delle stringhe, secondo la quale tutto ciò che ci circonda è costituito solo da onde. Ma ci sono altre opzioni per utilizzare questa conoscenza e una di queste è un risonatore al quarzo. Succede che, qualunque sia l'attrezzatura, a volte si guasta e loro non fanno eccezione. Come puoi assicurarti che funzioni ancora correttamente dopo un incidente negativo?

Diciamo una parola sul risuonatore al quarzo

Un risonatore al quarzo è un analogo di un circuito oscillatorio basato su induttanza e capacità. Ma c'è una differenza tra loro a favore del primo. Come è chiaro, il concetto di fattore di qualità viene utilizzato per le proprietà di un circuito oscillatorio. In un risonatore a base di quarzo, raggiunge valori molto elevati, nell'intervallo 10 5 -10 7. Inoltre, è più efficiente per l'intero circuito quando la temperatura cambia, il che si traduce in una maggiore durata di componenti come i condensatori. La designazione dei risonatori al quarzo nel diagramma ha la forma di un rettangolo posizionato verticalmente, che è "racchiuso" su entrambi i lati da piastre. Dall'esterno, nei disegni, assomigliano a un ibrido tra un condensatore e un resistore.

Come funziona un risonatore al quarzo?

Un piatto, un anello o una barra vengono tagliati da un cristallo di quarzo. Ad esso sono applicati almeno due elettrodi, che sono strisce conduttrici. La piastra è fissa e ha una propria frequenza di risonanza delle vibrazioni meccaniche. Quando viene applicata tensione agli elettrodi, si verificano compressione, taglio o flessione a causa dell'effetto piezoelettrico (a seconda di come è stato tagliato il quarzo). Il cristallo oscillante in questi casi funziona come un induttore. Se la frequenza della tensione fornita è uguale o molto vicina ai suoi valori, allora è necessaria la minima quantità di energia, con differenze significative, per mantenere il funzionamento. Ora possiamo passare alla luce del problema principale, motivo per cui, infatti, si sta scrivendo questo articolo sul risuonatore al quarzo. Come controllo le sue prestazioni? Sono stati selezionati 3 metodi, che saranno discussi.

Metodo n. 1

Come controllare un risuonatore al quarzo

Il solito schema per controlli risuonatori al quarzo e se si aggiungono al circuito multimetro con la capacità di misurare...

Controllo dei risuonatori al quarzo

Il solito schema per controlli prestazioni dei risuonatori al quarzo, nonché la possibilità controlli frequenze...

Metodo numero 2

Per aumentare la precisione, è possibile collegare un frequenzimetro o un oscilloscopio all'uscita del generatore. Successivamente sarà possibile calcolare l'indicatore desiderato utilizzando le cifre di Lissajous. Ma tieni presente che in questi casi il quarzo è eccitato, sia alle armoniche che alla frequenza fondamentale, che a sua volta può dare una deviazione significativa. Guarda i diagrammi qui sotto (questo e quello precedente). Vedi, ci sono diversi metodi per trovare la frequenza e qui dovrai sperimentare. La cosa principale è seguire le precauzioni di sicurezza.

Controllandone due contemporaneamente risuonatori al quarzo

Possibili cause di guasto

Esistono molti metodi per visualizzare il tuo risuonatore al quarzo Fuori servizio. Vale la pena conoscere alcuni dei più popolari per evitare problemi in futuro:

Cade dall'alto. Il motivo più popolare. Ricorda: dovresti sempre mantenere il tuo posto di lavoro in perfetto ordine e osservare le tue azioni.
La presenza di tensione costante. In generale, i risonatori al quarzo non ne hanno paura. Ma c'erano dei precedenti. Per verificarne la funzionalità, accendere il condensatore da 1000 mF uno alla volta: questo passaggio lo riporterà in funzione o eviterà conseguenze negative.
Ampiezza del segnale molto grande. Questo problema può essere risolto utilizzando vari metodi:

Spostare leggermente la frequenza di generazione di lato in modo che differisca dall'indicatore principale della risonanza meccanica del quarzo. Questa è un'opzione più difficile.
Ridurre il numero di volt che alimentano il generatore stesso. Questa è un'opzione più semplice.
Controlla se è uscito risuonatore al quarzo veramente fuori uso. Pertanto, il motivo della diminuzione dell'attività potrebbe essere il flusso o particelle estranee (in questo caso è necessario pulirlo accuratamente). Può anche darsi che l'isolamento sia stato utilizzato in modo molto intensivo e abbia perso le sue caratteristiche. Per un controllo di controllo su questo punto, puoi saldare un “tre punti” sul KT315 e verificarlo con un asse (puoi subito confrontare l'attività).

Un risuonatore al quarzo è un dispositivo elettronico basato sull'effetto piezoelettrico e sulla risonanza meccanica. Viene utilizzato dalle stazioni radio, dove imposta la frequenza portante in orologi e timer, fissando in essi un intervallo di 1 secondo.

Cos'è e perché è necessario

Il dispositivo è una sorgente che fornisce oscillazioni armoniche di alta precisione. Rispetto agli analoghi, ha una maggiore efficienza operativa e parametri stabili.

I primi esempi di dispositivi moderni apparvero nelle stazioni radio nel 1920-1930. come elementi che hanno un funzionamento stabile e sono in grado di impostare la frequenza portante. Essi:

sostituì i risonatori di cristallo operanti sul sale di Rochelle, apparsi nel 1917 a seguito dell'invenzione di Alexander M. Nicholson e caratterizzati da instabilità;
ha sostituito il circuito precedentemente utilizzato con una bobina e un condensatore, che non avevano un fattore di qualità elevato (fino a 300) e dipendevano dalle variazioni di temperatura.

Un po 'più tardi, i risonatori al quarzo divennero parte integrante di timer e orologi. Componenti elettronici con una frequenza di risonanza naturale di 32768 Hz, che in un contatore binario a 15 bit imposta un periodo di tempo pari a 1 secondo.

I dispositivi sono utilizzati oggi in:

orologi al quarzo, che ne garantiscono la precisione indipendentemente dalla temperatura ambiente;
strumenti di misura, garantendo loro un'elevata precisione degli indicatori;
ecoscandagli marini, utilizzati nella ricerca e nella creazione di mappe del fondale, nella registrazione di barriere coralline, secche e nella ricerca di oggetti nell'acqua;
circuiti corrispondenti ad oscillatori di riferimento che sintetizzano le frequenze;
circuiti utilizzati nell'indicazione d'onda del segnale SSB o telegrafico;
stazioni radio con segnale DSB con frequenza intermedia;
filtri passa banda dei ricevitori supereterodina, che sono più stabili e di alta qualità rispetto ai filtri LC.

I dispositivi sono realizzati con custodie diverse. Si dividono in uscite, utilizzate nel montaggio volumetrico, e SMD, utilizzate nel montaggio superficiale.

Il loro funzionamento dipende dall'affidabilità del circuito di commutazione, che influenza:

deviazione della frequenza dal valore richiesto, stabilità dei parametri;
tasso di invecchiamento del dispositivo;
capacità di carico.

Proprietà di un risuonatore al quarzo

È superiore agli analoghi esistenti in precedenza, il che rende il dispositivo indispensabile in molti circuiti elettronici e spiega l'ambito di utilizzo del dispositivo. Ciò è confermato dal fatto che nel primo decennio dalla sua invenzione negli Stati Uniti furono prodotti più di 100mila dispositivi (senza contare gli altri paesi).

Tra le proprietà positive dei risonatori al quarzo che spiegano la popolarità e la domanda di dispositivi:

buon fattore di qualità, i cui valori – 104-106 – superano i parametri degli analoghi precedentemente utilizzati (hanno un fattore di qualità di 300);
dimensioni piccole, misurabili in frazioni di millimetro;
resistenza alla temperatura e alle sue fluttuazioni;
lunga durata;
facilità di fabbricazione;
la possibilità di creare filtri a cascata di alta qualità senza utilizzare le impostazioni manuali.

I risuonatori al quarzo presentano anche degli svantaggi:

gli elementi esterni consentono di regolare la frequenza in un intervallo ristretto;
avere un design fragile;
non tollera il calore eccessivo.

Principio di funzionamento di un risuonatore al quarzo

Il dispositivo funziona sulla base dell'effetto piezoelettrico, che si manifesta su una piastra di quarzo a bassa temperatura. L'elemento è ritagliato da un solido cristallo di quarzo, osservando l'angolo specificato. Quest'ultimo determina i parametri elettrochimici del risonatore.

Le piastre sono rivestite su entrambi i lati con uno strato di argento (sono adatti platino, nichel, oro). Successivamente vengono fissati saldamente nell'alloggiamento, che è sigillato. Il dispositivo è un sistema oscillatorio che ha una propria frequenza di risonanza.

Quando gli elettrodi sono sottoposti a tensione alternata, la piastra di quarzo, che ha proprietà piezoelettriche, si piega, si contrae e si sposta (a seconda del tipo di lavorazione del cristallo). Allo stesso tempo, in esso appare un back-EMF, come accade in un induttore situato in un circuito oscillatorio.

Quando viene applicata una tensione con una frequenza che corrisponde alle vibrazioni naturali della piastra, nel dispositivo si osserva una risonanza. Contemporaneamente:

l'elemento in quarzo aumenta l'ampiezza delle vibrazioni;
La resistenza del risonatore è notevolmente ridotta.

L'energia richiesta per mantenere le oscillazioni è bassa nel caso di frequenze uguali.

Designazione di un risonatore al quarzo su uno schema elettrico

Il dispositivo è designato in modo simile a un condensatore. Differenza: tra i segmenti verticali è posizionato un rettangolo - simbolo di un piatto di cristallo di quarzo. Uno spazio separa i lati del rettangolo e la piastra del condensatore. Nelle vicinanze del diagramma potrebbe esserci una lettera di designazione del dispositivo: QX.

Come controllare un risuonatore al quarzo

I problemi con i piccoli elettrodomestici sorgono se ricevono un forte colpo. Ciò accade quando i dispositivi contenenti risonatori cadono. Questi ultimi falliscono e richiedono la sostituzione secondo gli stessi parametri.

Il controllo della funzionalità del risonatore richiede un tester. È assemblato secondo uno schema basato sul transistor KT3102, 5 condensatori e 2 resistori (il dispositivo è simile a un oscillatore al quarzo assemblato su un transistor).

Il dispositivo deve essere collegato alla base del transistor e al polo negativo nelle connessioni collegate, protetto installando un condensatore di protezione. L'alimentazione per il circuito di commutazione è costante – 9 V. Inoltre, un frequenzimetro è collegato all'ingresso del transistor e alla sua uscita tramite un condensatore, che registra i parametri di frequenza del risonatore.

Il diagramma viene utilizzato durante l'impostazione del circuito di oscillazione. Quando il risonatore funziona correttamente, quando è collegato produce oscillazioni che portano alla comparsa di una tensione alternata sull'emettitore del transistor. Inoltre, la frequenza della tensione coincide con una caratteristica simile del risonatore.

Il dispositivo è difettoso se il frequenzimetro non rileva la presenza di una frequenza o rileva la presenza di una frequenza, ma è molto diversa dal valore nominale, oppure quando la custodia viene riscaldata con un saldatore, cambia notevolmente.