Cara memeriksa resonator kuarsa - penguji untuk pengujian. Struktur resonator kuarsa, prinsip pengoperasian, cara memeriksa Pengecekan resonator kuarsa dengan pengukur frekuensi

Osilasi memainkan salah satu peran terpenting di dunia modern. Jadi, bahkan ada teori string yang menyatakan bahwa segala sesuatu di sekitar kita hanyalah gelombang. Namun ada pilihan lain untuk menggunakan pengetahuan ini, dan salah satunya adalah resonator kuarsa. Kebetulan peralatan apa pun rusak secara berkala, tidak terkecuali. Bagaimana Anda bisa memastikan bahwa setelah kejadian negatif, sistem masih berfungsi sebagaimana mestinya?

Katakanlah sedikit tentang resonator kuarsa

Resonator kuarsa adalah analog dari rangkaian osilasi berdasarkan induktansi dan kapasitansi. Namun ada perbedaan di antara keduanya dalam mendukung yang pertama. Seperti diketahui, konsep faktor kualitas digunakan untuk mengkarakterisasi rangkaian osilasi. Dalam resonator berbasis kuarsa mencapai nilai yang sangat tinggi - dalam kisaran 10 5 -10 7 . Selain itu, ini lebih efisien untuk seluruh rangkaian ketika suhu berubah, yang berarti masa pakai lebih lama untuk komponen seperti kapasitor. Sebutan resonator kuarsa pada diagram berbentuk persegi panjang yang terletak secara vertikal, yang kedua sisinya “diapit” oleh pelat. Secara eksternal, dalam gambar, mereka menyerupai hibrida kapasitor dan resistor.

Bagaimana cara kerja resonator kuarsa?

Piring, cincin atau batangan dipotong dari kristal kuarsa. Setidaknya dua elektroda, yang merupakan strip konduktif, diterapkan padanya. Pelatnya tetap dan memiliki frekuensi resonansi getaran mekanisnya sendiri. Ketika tegangan diterapkan ke elektroda, kompresi, geser, atau tekukan terjadi karena efek piezoelektrik (tergantung pada bagaimana kuarsa dipotong). Kristal yang berosilasi dalam kasus seperti itu bekerja seperti induktor. Jika frekuensi tegangan yang disuplai sama dengan atau sangat dekat dengan nilai alaminya, maka lebih sedikit energi yang diperlukan pada perbedaan signifikan untuk mempertahankan pengoperasian. Sekarang kita dapat melanjutkan untuk menyoroti masalah utama, itulah sebabnya artikel tentang resonator kuarsa ini ditulis. Bagaimana cara memeriksa fungsinya? 3 metode dipilih, yang akan dibahas.

Metode No.1

Di sini transistor KT368 berperan sebagai generator. Frekuensinya ditentukan oleh resonator kuarsa. Ketika listrik disuplai, generator mulai bekerja. Ini menciptakan impuls yang sama dengan frekuensi resonansi utamanya. Urutannya melewati kapasitor, yang ditetapkan sebagai C3 (100r). Ini menyaring komponen DC, dan kemudian mentransmisikan pulsa itu sendiri ke pengukur frekuensi analog, yang dibangun di atas dua dioda D9B dan elemen pasif berikut: kapasitor C4 (1n), resistor R3 (100k) dan mikroammeter. Semua elemen lainnya berfungsi untuk menjamin stabilitas sirkuit dan agar tidak ada yang terbakar. Tergantung pada frekuensi yang disetel, tegangan pada kapasitor C4 dapat berubah. Ini adalah metode yang cukup mendekati dan keuntungannya adalah kemudahannya. Dan karenanya, semakin tinggi tegangannya, semakin tinggi frekuensi resonatornya. Namun ada batasan tertentu: Anda harus mencobanya di sirkuit ini hanya jika berada dalam kisaran perkiraan tiga hingga sepuluh MHz. Pengujian resonator kuarsa yang melampaui nilai-nilai ini biasanya tidak termasuk dalam elektronik radio amatir, tetapi di bawah ini kami akan mempertimbangkan gambar yang jangkauannya 1-10 MHz.

Metode nomor 2

Untuk meningkatkan akurasi, Anda dapat menghubungkan pengukur frekuensi atau osiloskop ke keluaran generator. Kemudian indikator yang diinginkan dapat dihitung menggunakan angka Lissajous. Namun perlu diingat bahwa dalam kasus seperti itu kuarsa tereksitasi, baik pada harmonik maupun pada frekuensi dasar, yang, pada gilirannya, dapat memberikan penyimpangan yang signifikan. Perhatikan diagram di bawah ini (yang ini dan yang sebelumnya). Seperti yang Anda lihat, ada berbagai cara untuk mencari frekuensi, dan di sini Anda harus bereksperimen. Hal utama adalah mengikuti tindakan pencegahan keselamatan.

Memeriksa dua resonator kuarsa sekaligus

Sirkuit ini memungkinkan Anda menentukan apakah dua resistor kuarsa yang beroperasi dalam rentang satu hingga sepuluh MHz berfungsi. Selain itu, berkat itu, Anda dapat mengenali sinyal kejut yang terjadi antar frekuensi. Oleh karena itu, Anda tidak hanya dapat menentukan kinerjanya, tetapi juga memilih resistor kuarsa yang paling cocok satu sama lain dalam hal kinerjanya. Rangkaian ini diimplementasikan dengan dua osilator master. Yang pertama bekerja dengan resonator kuarsa ZQ1 dan diimplementasikan pada transistor KT315B. Untuk memeriksa pengoperasian, volume keluarantage harus lebih besar dari 1.2 V, dan tekan tombol SB1. Indikator yang ditunjukkan sesuai dengan sinyal tingkat tinggi dan unit logis. Tergantung pada resonator kuarsa, nilai yang diperlukan untuk pengujian dapat ditingkatkan (tegangan dapat ditingkatkan setiap pengujian sebesar 0,1A-0,2V ke yang direkomendasikan dalam instruksi resmi untuk menggunakan mekanisme tersebut). Dalam hal ini, output DD1.2 akan menjadi 1, dan DD1.3 akan menjadi 0. Selain itu, yang menunjukkan pengoperasian osilator kuarsa, LED HL1 akan menyala. Mekanisme kedua bekerja serupa dan akan dilaporkan oleh HL2. Jika Anda menyalakannya secara bersamaan, LED HL4 juga akan menyala.

Ketika frekuensi dua generator dibandingkan, sinyal keluarannya dari DD1.2 dan DD1.5 dikirim ke DD2.1 DD2.2. Pada output inverter kedua, rangkaian menerima sinyal termodulasi lebar pulsa untuk kemudian membandingkan kinerjanya. Anda dapat melihatnya secara visual dengan mem-flash LED HL4. Untuk meningkatkan akurasi, ditambahkan pengukur frekuensi atau osiloskop. Jika indikator sebenarnya berbeda kilohertz, maka untuk menentukan frekuensi kuarsa yang lebih tinggi, tekan tombol SB2. Kemudian resonator pertama akan mengurangi nilainya, dan nada sinyal cahaya akan berkurang. Maka kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa ZQ1 memiliki frekuensi yang lebih tinggi daripada ZQ2.

Fitur cek

Saat memeriksa selalu:

1. Baca instruksi yang disertakan dengan resonator kuarsa;
2. Ikuti tindakan pencegahan keselamatan.

Kemungkinan penyebab kegagalan

Ada beberapa cara untuk menonaktifkan resonator kuarsa Anda. Ada baiknya Anda membiasakan diri dengan beberapa yang paling populer untuk menghindari masalah di masa depan:

1. Jatuh dari ketinggian. Alasan paling populer. Ingat: Anda harus selalu menjaga ketertiban area kerja dan memantau tindakan Anda.
2. Kehadiran tegangan konstan. Secara umum, resonator kuarsa tidak takut akan hal itu. Tapi ada presedennya. Untuk memeriksa fungsinya, sambungkan kapasitor 1000 mF secara seri - langkah ini akan mengembalikannya ke pengoperasian atau menghindari konsekuensi negatif.
3. Amplitudo sinyal terlalu besar. Masalah ini dapat diselesaikan dengan berbagai cara:

• Pindahkan frekuensi pembangkitan sedikit ke samping sehingga berbeda dari indikator utama resonansi mekanis kuarsa. Ini adalah pilihan yang lebih kompleks.
• Kurangi jumlah volt yang memberi daya pada generator itu sendiri. Ini adalah pilihan yang lebih mudah.
• Periksa apakah resonator kuarsa benar-benar rusak. Jadi, penyebab penurunan aktivitas mungkin karena fluks atau partikel asing (dalam hal ini, perlu dibersihkan secara menyeluruh). Mungkin juga insulasi digunakan terlalu aktif dan kehilangan sifat-sifatnya. Untuk memeriksa titik ini, Anda dapat menyolder "tiga titik" pada KT315 dan memeriksanya dengan poros (pada saat yang sama Anda dapat membandingkan aktivitasnya).

Kesimpulan

Artikel tersebut membahas cara memeriksa kinerja elemen rangkaian listrik seperti frekuensi resonator kuarsa, serta propertinya. Metode untuk mendapatkan informasi yang diperlukan dibahas, serta kemungkinan alasan kegagalannya selama pengoperasian. Tetapi untuk menghindari konsekuensi negatif, selalu bekerja dengan pikiran jernih - dan pengoperasian resonator kuarsa tidak akan terlalu mengganggu.

Teknologi digital modern membutuhkan ketelitian yang tinggi, sehingga tidak mengherankan jika hampir semua perangkat digital yang menarik perhatian kebanyakan orang saat ini memiliki resonator kuarsa di dalamnya.

Resonator kuarsa pada berbagai frekuensi diperlukan sebagai sumber osilasi harmonik yang andal dan stabil, sehingga mikrokontroler digital dapat mengandalkan frekuensi referensi dan beroperasi dengannya di masa mendatang, selama pengoperasian perangkat digital. Dengan demikian, resonator kuarsa adalah pengganti yang andal untuk rangkaian LC berosilasi.

Jika kita mempertimbangkan rangkaian osilasi sederhana yang terdiri dari dan , akan segera menjadi jelas bahwa faktor kualitas rangkaian seperti itu dalam rangkaian tidak akan melebihi 300, terlebih lagi, kapasitansi kapasitor akan mengapung tergantung pada suhu sekitar, dan sama akan terjadi dengan induktansi.

Bukan tanpa alasan bahwa kapasitor dan kumparan memiliki parameter seperti TKE - koefisien suhu kapasitansi dan TKI - koefisien suhu induktansi, yang menunjukkan bagaimana parameter utama komponen ini berubah seiring dengan perubahan suhunya.

Tidak seperti rangkaian osilasi, resonator berbasis kuarsa memiliki faktor kualitas yang tidak dapat dicapai untuk rangkaian osilasi, yang diukur dalam nilai dari 10.000 hingga 10.000.000, dan tidak ada pertanyaan tentang stabilitas suhu resonator kuarsa, karena frekuensinya tetap konstan pada nilai suhu berapa pun. , biasanya berkisar antara -40°C hingga +70°C.

Jadi, karena stabilitas suhu dan faktor kualitasnya yang tinggi, resonator kuarsa digunakan di seluruh teknik radio dan elektronik digital.

Untuk mengatur frekuensi jam, ia selalu membutuhkan generator jam yang dapat diandalkan, dan generator ini selalu membutuhkan frekuensi tinggi dan, terlebih lagi, presisi tinggi. Di sinilah resonator kuarsa membantu. Tentu saja, dalam beberapa aplikasi Anda dapat menggunakan resonator piezoceramic dengan faktor kualitas 1000, dan resonator tersebut cukup untuk mainan elektronik dan radio rumah tangga, tetapi kuarsa diperlukan untuk perangkat yang lebih presisi.

Pengoperasian resonator kuarsa didasarkan pada energi yang muncul pada pelat kuarsa. Kuarsa adalah polimorf silikon dioksida, SiO2, dan ditemukan di alam dalam bentuk kristal dan kerikil. Di kerak bumi terdapat sekitar 12% kuarsa dalam bentuk bebas, selain itu kuarsa juga terkandung dalam bentuk campuran mineral lain, dan pada umumnya terdapat lebih dari 60% kuarsa di kerak bumi (fraksi massa).

Kuarsa suhu rendah, yang memiliki sifat piezoelektrik, cocok untuk membuat resonator. Secara kimia, kuarsa sangat stabil dan hanya dapat dilarutkan dalam asam fluorida. Kuarsa lebih keras dari opal, tapi tidak sekeras berlian.

Saat membuat pelat kuarsa, sepotong kristal kuarsa dipotong pada sudut yang ditentukan secara ketat. Tergantung pada sudut pemotongan, pelat kuarsa yang dihasilkan akan berbeda dalam sifat elektromekanisnya.

Hal ini menghasilkan sistem osilasi yang memiliki frekuensi resonansinya sendiri, dan resonator kuarsa yang diperoleh dengan cara ini memiliki frekuensi resonansinya sendiri, yang ditentukan oleh parameter elektromekanis.

Sekarang, jika tegangan bolak-balik dengan frekuensi resonansi tertentu diterapkan ke elektroda logam plastik, fenomena resonansi akan muncul, dan amplitudo osilasi harmonik pelat akan meningkat sangat signifikan. Dalam hal ini resistansi resonator akan sangat berkurang, yaitu prosesnya mirip dengan yang terjadi pada rangkaian osilasi seri. Karena faktor kualitas tinggi dari “rangkaian osilasi” tersebut, kehilangan energi selama eksitasi pada frekuensi resonansi dapat diabaikan.

Pada rangkaian ekivalen: C2 - kapasitas listrik statis pelat dengan penahan, L - induktansi, C1 - kapasitansi, R - resistansi, yang mencerminkan sifat elektromekanis pelat kuarsa yang dipasang. Jika Anda melepas elemen pemasangan, Anda akan mendapatkan rangkaian LC seri.

Selama pemasangan pada papan sirkuit tercetak, resonator kuarsa tidak boleh terlalu panas, karena desainnya cukup rapuh, dan panas berlebih dapat menyebabkan deformasi elektroda dan dudukannya, yang tentunya akan mempengaruhi pengoperasian resonator pada perangkat yang sudah jadi. Jika Anda memanaskan kuarsa hingga 5730°C, ia akan kehilangan sifat piezoelektriknya sepenuhnya, tetapi, untungnya, tidak mungkin memanaskan elemen dengan besi solder hingga suhu seperti itu.

Penunjukan resonator kuarsa pada diagram mirip dengan penunjukan kapasitor dengan persegi panjang di antara pelat (pelat kuarsa), dan dengan tulisan “ZQ” atau “Z”.

Seringkali penyebab rusaknya resonator kuarsa adalah jatuhnya atau benturan keras pada perangkat tempatnya dipasang, sehingga resonator tersebut perlu diganti dengan yang baru dengan frekuensi resonansi yang sama. Kerusakan seperti ini biasa terjadi pada perangkat berukuran kecil yang mudah terjatuh. Namun, menurut statistik, kerusakan pada resonator kuarsa seperti itu sangat jarang terjadi, dan lebih sering kerusakan perangkat disebabkan oleh alasan lain.

Untuk memeriksa kemudahan servis resonator kuarsa, Anda dapat memasang probe kecil yang akan membantu tidak hanya memverifikasi fungsi resonator, tetapi juga melihat frekuensi resonansinya. Rangkaian probe adalah rangkaian osilator kristal transistor tunggal yang khas.

Setelah menyalakan resonator antara basis dan minus (Anda dapat menggunakannya melalui kapasitor pelindung jika terjadi korsleting pada resonator), yang tersisa hanyalah mengukur frekuensi resonansi dengan pengukur frekuensi. Rangkaian ini juga cocok untuk rangkaian osilasi pra-tuning.

Ketika rangkaian dihidupkan, resonator yang berfungsi akan berkontribusi pada pembangkitan osilasi, dan tegangan bolak-balik dapat diamati pada emitor transistor, yang frekuensinya akan sesuai dengan frekuensi resonansi utama resonator kuarsa yang diuji.

Dengan menghubungkan pengukur frekuensi ke keluaran probe, pengguna dapat mengamati frekuensi resonansi ini. Jika frekuensinya stabil, jika pemanasan kecil pada resonator dengan besi solder tidak menyebabkan penyimpangan frekuensi yang kuat, maka resonator tersebut berfungsi. Jika tidak ada pembangkitan, atau frekuensinya mengambang atau ternyata benar-benar berbeda dari yang seharusnya untuk komponen yang diuji, maka resonatornya rusak dan harus diganti.

Probe ini juga cocok untuk pra-penyetelan rangkaian osilasi; dalam hal ini, kapasitor C1 diperlukan, meskipun saat memeriksa resonator, ia dapat dikeluarkan dari rangkaian. Rangkaian ini hanya dihubungkan sebagai pengganti resonator, dan rangkaian mulai menghasilkan osilasi dengan cara yang sama.

Probe yang dirakit menurut rangkaian di atas bekerja sangat baik pada frekuensi 15 hingga 20 MHz. Untuk rentang lainnya, Anda selalu dapat mencari diagram sirkuit di Internet, karena ada banyak diagram di sana, baik pada komponen diskrit maupun pada sirkuit mikro.

Apa itu generator? Generator pada dasarnya adalah perangkat yang mengubah satu jenis energi menjadi energi lain. Dalam bidang elektronika, Anda sering mendengar ungkapan “generator energi listrik, generator frekuensi”, dll.

Osilator kristal adalah generator frekuensi dan termasuk. Pada dasarnya, osilator kristal terdiri dari dua jenis:

yang dapat menghasilkan sinyal gelombang sinus

dan yang menghasilkan sinyal gelombang persegi

Sinyal yang paling umum digunakan dalam elektronik adalah gelombang persegi.

Skema Pierce

Untuk membangkitkan kuarsa pada frekuensi resonansi, kita perlu merakit sebuah rangkaian. Sirkuit paling sederhana untuk menarik kuarsa adalah yang klasik Generator tembus, yang hanya terdiri dari satu transistor efek medan dan rangkaian kecil empat elemen radio:

Beberapa kata tentang cara kerja skema ini. Ada umpan balik positif di sirkuit dan osilasi diri mulai muncul di dalamnya. Tapi apa tanggapan positif itu?

Di sekolah, Anda semua telah divaksinasi untuk tes Mantoux untuk mengetahui apakah Anda memakai selang atau tidak. Setelah beberapa waktu, perawat datang dan menggunakan penggaris untuk mengukur reaksi kulit Anda terhadap vaksinasi ini.

Saat vaksinasi ini diberikan, dilarang menggaruk tempat suntikan. Tapi saya, yang saat itu masih orang baru, tidak peduli. Segera setelah saya mulai menggaruk tempat suntikan dengan tenang, saya ingin menggaruk lebih banyak lagi)) Maka kecepatan tangan yang menggaruk vaksin terhenti pada puncaknya, karena saya dapat menggoyangkan tangan saya pada frekuensi maksimum 15 Hertz .Vaksinasi lengan saya bengkak sampai ke lantai)) Dan bahkan pernah mereka membawa saya untuk mendonor darah karena dicurigai TBC, tetapi ternyata mereka tidak menemukannya. Itu tidak mengherankan ;-).

Jadi mengapa saya menceritakan lelucon dari kehidupan di sini? Faktanya adalah vaksinasi skabies ini mendapat tanggapan paling positif yang pernah ada. Artinya, selama saya tidak menyentuhnya, saya tidak ingin menggaruknya. Tapi begitu saya garuk pelan-pelan, rasa gatalnya semakin bertambah dan saya mulai menggaruknya lagi, dan rasa gatalnya semakin bertambah, dan seterusnya. Jika tidak ada pembatasan fisik pada lengan saya, maka sudah pasti tempat vaksinasi sudah rusak parah. Namun saya hanya bisa melambaikan tangan dengan frekuensi maksimal tertentu. Jadi, prinsip yang sama berlaku untuk osilator kuarsa ;-). Berikan sedikit dorongan, dan ia mulai berakselerasi dan berhenti hanya pada frekuensi resonansi paralel ;-). Sebut saja “keterbatasan fisik”.

Pertama-tama, kita perlu memilih induktor. Saya mengambil inti toroidal dan melilitkan beberapa putaran dari kawat MGTF

Seluruh proses dikendalikan menggunakan LC meter, mencapai nilai nominal seperti pada diagram - 2,5 mH. Jika itu tidak cukup, dia menambahkan lebih banyak putaran; jika dia berlebihan, maka dia menguranginya. Hasilnya, saya mencapai induktansi berikut:

Nama yang benar adalah: .

Pinout dari kiri ke kanan: Drain – Source – Gate

Penyimpangan liris kecil.

Jadi, kami telah merakit osilator kuarsa, menerapkan tegangan, yang tersisa hanyalah menghilangkan sinyal dari output generator buatan kami. Osiloskop digital mulai bekerja

Pertama-tama, saya mengambil kuarsa ke frekuensi tertinggi yang saya miliki: 32,768 Megahertz. Jangan bingung dengan jam tangan kuarsa (yang akan dibahas di bawah).

Di sudut kiri bawah osiloskop menunjukkan frekuensi:

Seperti yang Anda lihat 32,77 Megahertz. Yang utama adalah kuarsa kita hidup dan sirkuitnya berfungsi!

Mari kita ambil kuarsa dengan frekuensi 27 Megahertz:

Pembacaan saya melonjak-lonjak. Saya mengambil tangkapan layar dari apa yang saya kelola:

Frekuensinya juga ditampilkan kurang lebih dengan benar.

Ya, kami memeriksa semua kuarsa lain yang saya miliki dengan cara yang sama.

Berikut adalah osilogram kuarsa pada 16 Megahertz:

Osiloskop menunjukkan frekuensi tepat 16 Megahertz.

Di sini saya mengatur kuarsa ke 6 Megahertz:

Tepatnya 6 Megahertz

Pada 4 Megahertz:

Semuanya baik-baik saja.

Baiklah, mari kita ambil contoh Soviet lainnya dengan kecepatan 1 Megahertz. Ini adalah tampilannya:

Di atas tertulis 1000 Kilohertz = 1MegaHertz ;-)

Mari kita lihat osilogramnya:

Pekerja!

Jika Anda benar-benar ingin, Anda bahkan dapat mengukur frekuensi dengan pengukur frekuensi generator Tiongkok:

Kesalahan 400 Hertz tidak terlalu berarti untuk kuarsa Soviet lama. Tapi tentu saja lebih baik menggunakan pengukur frekuensi profesional biasa ;-)

Kuarsa jam

Dengan jam kuarsa, osilator kuarsa menurut skema Pierce menolak bekerja.

“Jam tangan kuarsa macam apa ini?” - Anda bertanya. Kuarsa jam merupakan kuarsa dengan frekuensi 32.768 Hertz. Mengapa frekuensinya aneh? Intinya 32.768 adalah 2 15. Kuarsa ini dipasangkan dengan chip penghitung 15-bit. Ini adalah sirkuit mikro K176IE5 kami.

Prinsip pengoperasian rangkaian mikro ini adalah sebagai berikut: pSetelah menghitung 32.768 pulsa, ia memancarkan pulsa pada salah satu kakinya. Denyut nadi pada kristal kuarsa 32.768 Hertz ini muncul tepat sekali per detik. Dan seperti yang Anda ingat, osilasi satu kali per detik adalah 1 Hertz. Artinya, pada kaki ini akan dikeluarkan pulsa dengan frekuensi 1 Hz. Dan jika memang demikian, mengapa tidak menggunakannya di jam tangan? Dari sinilah nama itu berasal.

Saat ini, pada jam tangan dan gadget seluler lainnya, penghitung dan resonator kuarsa ini dibuat menjadi satu chip dan tidak hanya menyediakan penghitungan detik, tetapi juga sejumlah fungsi lainnya, seperti jam alarm, kalender, dll. Sirkuit mikro seperti itu disebut RTC (R baiklah T aku C kunci) atau diterjemahkan dari Jam Waktu Nyata borjuis.

Sirkuit penembus untuk gelombang persegi

Jadi, mari kita kembali ke skema Peirce. Rangkaian Pierce sebelumnya menghasilkan sinyal sinusoidal

Tetapi ada juga rangkaian Pierce yang dimodifikasi untuk sinyal gelombang persegi

Dan ini dia:

Peringkat beberapa elemen radio dapat diubah dalam rentang yang cukup luas. Misalnya, kapasitor C1 dan C2 dapat berkisar antara 10 hingga 100 pF. Aturannya di sini adalah: semakin rendah frekuensi kuarsa, semakin kecil kapasitansi kapasitor. Untuk kristal jam tangan, kapasitor dengan nilai nominal 15-18 pF dapat disuplai. Jika kuarsa memiliki frekuensi 1 hingga 10 Megahertz, Anda dapat mengaturnya ke 22-56 pF. Kalau tidak mau repot, maka pasang saja kapasitor berkapasitas 22 pF. Anda benar-benar tidak mungkin salah.

Juga tip kecil yang perlu diperhatikan: dengan mengubah nilai kapasitor C1, Anda dapat mengatur frekuensi resonansi dalam batas yang sangat halus.

Resistor R1 dapat diubah dari 1 hingga 20 MOhm, dan R2 dari nol hingga 100 kOhm. Ada juga aturan di sini: semakin rendah frekuensi kuarsa, semakin besar nilai resistor tersebut dan sebaliknya.

Frekuensi kristal maksimum yang dapat dimasukkan ke dalam rangkaian tergantung pada kecepatan inverter CMOS. Saya mengambil chip 74HC04. Tindakannya tidak terlalu cepat. Terdiri dari enam inverter, namun kami hanya akan menggunakan satu inverter:

Ini pinoutnya:

Setelah menghubungkan jam kuarsa ke sirkuit ini, osiloskop menghasilkan osilogram berikut:

Ngomong-ngomong, apakah bagian diagram ini mengingatkanmu pada sesuatu?

Bukankah bagian rangkaian ini digunakan untuk mengatur jam mikrokontroler AVR?

Dialah orangnya! Hanya saja elemen rangkaian yang hilang sudah ada di MK itu sendiri ;-)

Keuntungan dari osilator kristal

Keuntungan dari osilator frekuensi kuarsa adalah stabilitas frekuensinya yang tinggi. Pada dasarnya 10 -5 - 10 -6 dari nilai nominal atau sering disebut ppm (dari bahasa Inggris. bagian per juta)- bagian per juta, yaitu sepersejuta atau angka 10 -6. Penyimpangan frekuensi dalam satu arah atau lainnya dalam osilator kuarsa terutama terkait dengan perubahan suhu lingkungan, serta penuaan kuarsa. Seiring bertambahnya usia kuarsa, frekuensi osilator kuarsa menjadi sedikit berkurang setiap tahun sekitar 1,8x10 -7 dari nilai nominalnya. Jika, katakanlah, saya mengambil kuarsa dengan frekuensi 10 Megahertz (10.000.000 Hertz) dan memasukkannya ke dalam rangkaian, maka dalam setahun frekuensinya akan turun sekitar 2 Hertz ;-) Saya rasa itu cukup lumayan.

Saat ini osilator kuarsa diproduksi dalam bentuk modul lengkap. Beberapa perusahaan yang memproduksi generator semacam itu mencapai stabilitas frekuensi hingga 10 -11 dari nilai nominal! Modul yang sudah selesai terlihat seperti ini:

atau lebih

Modul osilator kristal tersebut terutama memiliki 4 output. Berikut adalah pinout dari osilator kristal persegi:

Mari kita periksa salah satunya. Dikatakan 1 MHz

Berikut tampilan belakangnya:

Ini pinoutnya:

Dengan menerapkan tegangan konstan 3,3 hingga 5 Volt dengan plus 8 dan minus 4, dari output 5 saya menerima gelombang persegi yang bersih, halus, indah dengan frekuensi yang ditulis pada osilator kuarsa, yaitu 1 Megahertz, dengan emisi yang sangat kecil.

Ya, ini pemandangan yang menyakitkan mata!

Dan pengukur frekuensi generator Tiongkok menunjukkan frekuensi yang tepat:

Dari sini kami menyimpulkan: lebih baik membeli osilator kuarsa yang sudah jadi daripada membuang banyak waktu dan kegelisahan untuk menyiapkan sirkuit Pierce. Sirkuit Pierce akan cocok untuk menguji resonator dan untuk berbagai produk buatan Anda.

Saya ingin segera mengatakannya Tidak mungkin memeriksa resonator kuarsa menggunakan multimeter. Untuk memeriksa resonator kuarsa menggunakan osiloskop, Anda perlu menghubungkan probe ke salah satu terminal kuarsa, dan buaya bumi ke terminal lainnya, tetapi cara ini tidak selalu memberikan hasil yang positif, berikut penjelasan alasannya.
Salah satu alasan utama kegagalan resonator kuarsa adalah jatuhnya yang dangkal, jadi jika remote control TV atau kunci alarm mobil berhenti berfungsi, hal pertama yang perlu Anda lakukan adalah memeriksanya. Tidak selalu mungkin untuk memeriksa pembangkitan di papan karena probe osiloskop memiliki kapasitansi tertentu, yang biasanya sekitar 100pF, yaitu, ketika menghubungkan probe osiloskop, kita menghubungkan kapasitor dengan nilai nominal 100pF. Karena peringkat kapasitansi dalam rangkaian osilator kuarsa adalah puluhan dan ratusan pikofarad, lebih jarang nanofarad, sambungan kapasitansi semacam itu menimbulkan kesalahan yang signifikan pada parameter desain rangkaian dan, karenanya, dapat menyebabkan kegagalan pembangkitan. Kapasitansi probe dapat dikurangi hingga 20pF dengan menyetel pembagi ke 10, namun hal ini tidak selalu membantu.

Berdasarkan apa yang tertulis di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa untuk menguji resonator kuarsa, diperlukan suatu rangkaian, bila dihubungkan dengan probe osiloskop yang tidak akan mengganggu pembangkitannya, yaitu rangkaian tidak boleh merasakan kapasitansi probe. Pilihan jatuh pada generator Clapp dengan transistor, dan untuk mencegah gangguan pembangkitan, pengikut emitor dihubungkan ke output.

Jika Anda memegang papan menghadap cahaya, Anda dapat melihat bahwa dengan bantuan bor Anda mendapatkan titik-titik yang rapi; jika Anda mengebor dengan obeng, maka titik-titik tersebut hampir rapi). Intinya sama pemasangannya pada tambalan, hanya saja tambalannya tidak direkatkan, melainkan dibor.

Foto bornya dapat dilihat di bawah ini.

Sekarang mari kita langsung memeriksa kuarsa. Pertama, mari kita ambil kuarsa pada 4.194304MHz.

Kuarsa pada 8MHz.

Kuarsa pada 14.31818MHz.

Kuarsa pada 32MHz.

Saya ingin menyampaikan beberapa patah kata tentang harmonik, Harmonisa- osilasi pada frekuensi kelipatan frekuensi dasar, jika frekuensi dasar resonator kuarsa adalah 8 MHz, maka harmonisa dalam hal ini disebut osilasi pada frekuensi: 24 MHz - harmonik ke-3, 40 MHz - harmonik ke-5, dan segera. Seseorang mungkin bertanya-tanya mengapa hanya ada harmonik ganjil dalam contoh tersebut, karena Kuarsa tidak dapat bekerja bahkan pada harmonik!!!

Saya tidak menemukan resonator kuarsa dengan frekuensi lebih tinggi dari 32MHz, tetapi hasil ini pun bisa dianggap luar biasa.
Tentunya bagi amatir radio pemula, metode tanpa menggunakan osiloskop yang mahal lebih disukai, jadi di bawah ini adalah diagram untuk memeriksa kuarsa menggunakan LED. Frekuensi kuarsa maksimum yang dapat saya uji menggunakan rangkaian ini adalah 14MHz, nilai berikutnya yang saya miliki adalah 32MHz, tetapi dengan itu generator tidak menyala, tetapi ada celah panjang dari 14MHz ke 32MHz, kemungkinan besar akan berhasil hingga 20MHz.

Resonator adalah suatu sistem yang mampu melakukan gerakan osilasi dengan amplitudo maksimum dalam kondisi tertentu. Resonator kuarsa - pelat kuarsa, biasanya berbentuk paralelepiped, bertindak dengan cara ini ketika arus bolak-balik diterapkan (frekuensinya berbeda untuk pelat yang berbeda). Frekuensi pengoperasian bagian ini ditentukan oleh ketebalannya. Ketergantungan di sini justru sebaliknya. Pelat tertipis memiliki frekuensi tertinggi (tidak melebihi 50 MHz).

Dalam kasus yang jarang terjadi, frekuensi 200 MHz dapat dicapai. Ini hanya diperbolehkan ketika bekerja pada nada tambahan (frekuensi minor lebih tinggi dari frekuensi utama). Filter khusus mampu menekan frekuensi dasar pelat kuarsa dan menyorot beberapa frekuensi nada atasnya.

Hanya harmonik ganjil (nama lain untuk nada tambahan) yang cocok untuk pengoperasian. Selain itu, saat menggunakannya, pembacaan frekuensi meningkat pada amplitudo yang lebih rendah. Biasanya, maksimumnya adalah penurunan tinggi gelombang sebanyak sembilan kali lipat. Selain itu, perubahan menjadi sulit dideteksi.

Kuarsa adalah dielektrik. Jika dikombinasikan dengan sepasang elektroda logam, ia berubah menjadi kapasitor, tetapi kapasitasnya kecil dan tidak ada gunanya mengukurnya. Dalam diagram, bagian ini ditampilkan sebagai persegi panjang kristal di antara pelat kapasitor. Pelat kuarsa, seperti benda elastis lainnya, dicirikan oleh adanya frekuensi resonansinya sendiri, bergantung pada ukurannya. Pelat tipis memiliki frekuensi resonansi yang lebih tinggi. Akibatnya: hanya perlu memilih pelat dengan parameter sedemikian rupa sehingga frekuensi getaran mekanis akan bertepatan dengan frekuensi tegangan bolak-balik yang diterapkan pada pelat. Pelat kuarsa hanya cocok bila menggunakan arus bolak-balik, karena arus searah hanya dapat memicu satu kompresi atau dekompresi.

Hasilnya, jelas terlihat bahwa kuarsa adalah sistem resonansi yang sangat sederhana (dengan semua sifat yang melekat pada rangkaian osilasi), tetapi hal ini sama sekali tidak mengurangi kualitas kerjanya.

Resonator kuarsa bahkan lebih efektif. Faktor kualitasnya adalah 10 5 - 10 7. Resonator kuarsa meningkatkan masa pakai kapasitor secara keseluruhan karena stabilitas suhu, daya tahan, dan kemampuan manufakturnya. Ukuran bagian yang kecil juga membuatnya lebih mudah digunakan. Namun keunggulan terpentingnya adalah kemampuannya dalam memberikan frekuensi yang stabil.

Satu-satunya kelemahan termasuk sempitnya rentang penyetelan frekuensi yang ada dengan frekuensi elemen eksternal.

Bagaimanapun, resonator kuarsa sangat populer dan digunakan pada jam tangan, berbagai radio elektronik, dan perangkat lainnya. Di beberapa negara, pelat kuarsa dipasang langsung di trotoar, dan masyarakat menghasilkan energi hanya dengan berjalan bolak-balik.

Prinsip operasi

Fungsi resonator kuarsa disediakan oleh efek piezoelektrik. Fenomena ini memicu munculnya muatan listrik jika terjadi deformasi mekanis pada jenis kristal tertentu (yang alami termasuk kuarsa dan turmalin). Gaya muatan berbanding lurus dengan gaya deformasi. Hal ini disebut efek piezoelektrik langsung. Inti dari efek piezoelektrik terbalik adalah jika suatu kristal terkena medan listrik maka akan berubah bentuk.

Pemeriksaan fungsionalitas

Ada beberapa metode sederhana untuk memeriksa kondisi kuarsa dalam suatu mesin jam. Berikut ini beberapa di antaranya:

1. Untuk menentukan keadaan resonator secara akurat, Anda perlu menghubungkan osiloskop atau pengukur frekuensi ke output generator. Data yang dibutuhkan dapat dihitung dengan menggunakan angka Lissajous. Namun, dalam keadaan seperti itu, dimungkinkan untuk secara tidak sengaja membangkitkan gerakan osilasi kuarsa pada frekuensi overtonik dan fundamental. Hal ini dapat menyebabkan pengukuran menjadi tidak akurat. Metode ini dapat digunakan pada rentang 1 hingga 10 MHz.
2. Frekuensi operasi generator bergantung pada resonator kuarsa. Ketika energi disuplai, generator menghasilkan pulsa yang bertepatan dengan frekuensi resonansi utama. Serangkaian pulsa ini dilewatkan melalui kapasitor, yang menyaring komponen DC, hanya menyisakan nada tambahan, dan pulsa itu sendiri ditransmisikan ke pengukur frekuensi analog. Ini dapat dengan mudah dibuat dari dua dioda, kapasitor, resistor dan mikroammeter. Tergantung pada pembacaan frekuensi, tegangan melintasi kapasitor juga akan berubah. Cara ini juga kurang akurat dan hanya bisa digunakan pada rentang 3 hingga 10 MHz.

Secara umum, pengujian resonator kuarsa yang andal hanya dapat dilakukan jika resonator tersebut diganti. Dan Anda seharusnya mencurigai kerusakan resonator pada mekanismenya hanya sebagai upaya terakhir. Meskipun hal ini tidak berlaku untuk perangkat elektronik portabel yang sering terjatuh.