Каким прибором можно проверить кварцевый резонатор. NM8016DIY-лаборатория: Частотомер с функцией тестера кварцевых резонаторов. Плюсы кварцевых генераторов

Частотомер - полезный прибор в лаборатории радиолюбителя (особенно, при отсутствии осциллографа). Кроме частотомера лично мне часто недоставало тестера кварцевых резонаторов - слишком много стало приходить брака из Китая. Не раз случалось такое, что собираешь устройство, программируешь микроконтроллер, записываешь фьюзы, чтобы он тактировался от внешнего кварца и всё - после записи фьюзов программатор перестаёт видеть МК. Причина - "битый" кварц, реже - "глючный" микроконтроллер (или заботливо перемаркированый китайцами с добавлением, например, буквы “А" на конце). И таких неисправных кварцев мне попадалось до 5% из партии. Кстати, достаточно известный китайский набор частотомера с тестером кварцев на PIC-микроконтроллере и светодиодном дисплее с Алиэкспресса мне категорически не понравился, т.к. часто вместо частоты показывал то ли погоду в Зимбабве, то ли частоты "неинтересных" гармоник (ну или это мне не повезло).

13.11.10

В радиолюбительской практике довольно часто возникает необходимость в управляемом генераторе высокой частоты , например для проверки пьезокерамических и кварцевых резонаторов. В статье будет рассмотрена схема генератора высокой частоты с регулируемой частотой до 80 МГц. Ранее мы уже писали о том, как проверить кварцевый резонатор , теперь вашему вниманию предлагается еще один вариант устройства для проверки кварцевых резонаторов. Отличия в схемах конечно же есть, есть и разница в функциональности, одним словом выбирать вам.

Схема устройства:

В качестве задающего генератора выступает цифровая интегральная микросхема DD1 типа КР531ГГ1. По сути, микросхема представляет из себя два управляемых генератора. Рабочая частота этих управляемых генераторов определяется подключенными к выводам С1 и С2 генератора кварцевыми или пьезокерамическими резонаторами, конденсаторами. В рассматриваемой схеме генератора высокой частоты задействован только первый генератор микросхемы. Для облегчения запуска генератора с пьезокерамическими резонаторами, рабочая частота которых менее 4 МГц, параллельно с ним к выводам С1, С2 подключается резистор R1.

Возбуждение проверяемых резонаторов будет происходить на частоте основного резонанса, то есть на частоте первой гармоники. Необходимо это учитывать при выполнении проверки резонаторов , которые предназначены для работы в радиопередающих и радиоприемных устройствах. Для примера, гармониковые кварцы с рабочей частотой 27 МГц (третья гармоника) будут входить в возбуждение соответственно на частоте 9 МГц. Делитель частоты на 2 и 4 собран на микросхеме DD2.

Сигнал высокой частоты с выхода F задающего генератора DD1.1 через токоограничивающий резистор R2 поступает на вход С (вывод 3) триггера DD2.1, а в последствии деленный на 2, с выхода этого D-триггера сигнал с уже вдвое меньшей частотой, чем частота задающего генератора попадает на второй триггер микросхемы DD2.1, который включен аналогичным образом. Таким образом, на выходе делителя частоты мы получаем сигнал частота, которого в 4 раза меньше, чем частота задающего генератора.

О том, что проверяемый резонатор возбуждается сигнализирует светодиод HL2. В качестве буферных элементов используется микросхема DD3. Что позволяет повысить стабильность работы DD1, DD2, устранив влияние подключенной нагрузки. К генератору высокой частоты для мониторинга можно подключить частотомер, который способен производить измерения сигналов частота которых не меньше 80 МГц. Можно также на подключенный частотомер подавать сигналы от задающего генератора DD1, или уже с делителя с частотой в 2 или 4 раза меньшей, что может быть полезно, когда применяется выносной щуп частотомера и соединительный кабель, имеющий недостаточную полосу пропускания.

Питание примененных в генераторе интегральных цифровых микросхем осуществляется от источника стабилизированного напряжения, собранного на стабилизаторе DA1. В целом генератор довольно экономичный, так при работе генератора на частоте 50 МГц он потребляет по цепи питания ток около 100 мА. О наличии напряжения питания сигнализирует светодиод HL1. Для защиты устройства от подачи питания обратной полярности служит диод VD1.

Внешний вид готовой платы:

В первом варианте готового устройства монтаж велся навесным способом, соединение производилось тонким монтажным проводником, а весь слой фольги был использован как общий провод. Следует быть очень внимательным при разводке сигнальных цепей и цепей питания, так как высокочастотные микросхемы серий КР531, 74F при неудачно выполненном монтаже способны генерировать помехи с довольно широким спектром частот.

Детали. Взамен микросхемы КР531ГГ1 можно использовать КР1531ГГ1, К531ГГ1П. Вместо импортной микросхемы MC74F74N можно использовать любую из серии 74F74N или заменить отечественной КР531ТМ2. Если внести небольшие изменения в принципиальную схему, можно взамен этой микросхемы использовать делитель на 10, как вариант, собранный на микросхеме КР531ИЕ9. Микросхему MC74F00N можно заменить на любую из серии 74F00N или на отечественный аналог КР531ЛАЗ, КР1531ЛАЗ. Следует отметить, что при применении отечественных микросхем ток, потребляемый устройством, может незначительно возрасти.

Если возникнут сложности в приобретении таких микросхем, вместо DD2 и DD3 можно временно установить подходящие микросхемы серии КР1533, но надо иметь ввиду, что диапазон частот кварцевого резонатора при этом снизится до 50...70 МГц. Стабилизатор на напряжение +5 В типа L7805ACV может быть заменен на любой из серии 7805 или отечественную интегральную микросхему КР142ЕН5А или КР142ЕН5В. Следует учесть, что некоторые стабилизаторы напряжения имеют нижнюю границу минимального напряжения от 7 В до 8 В.

Следуя рекомендациям микросхему стабилизатора напряжения следует устанавливать на небольшой теплоотвод. Вместо диода 1N4001 можно использовать аналогичный из серий КД243, КД226. Диоды 1N4148 могут быть заменены на диоды серий КД409, КД503, 2Д419. К светодиодам особых требований не предъявляется, подойду светодиоды общего применения любого типа. Конденсаторы оксидного типа К53-19, К53-30, К50-35 или их импортные аналоги. Неполярные - керамические конденсаторы К10-17 или аналогичные импортного производства. Можно использовать любые малогабаритные резисторы, например самые распространенные - МЛТ.

Для того, чтобы можно было проверять резонаторы с разным диаметром контактов следует предусмотреть две различные панельки. Длина проводов от выводов С1, С2 микросхемы DD1 должна быть минимальной. Для изменения диапазона рабочих частот генератора от 760 кГц до 12МГц вместо кварцевого резонатора ZQ1 к панелькам необходимо подсоединить конденсатор переменной емкости 20 - 540 пФ. Кроме этого высокочастотный генератор можно доработать, если вместо кварцевого резонатора ZQ1 будет установлен частотозадающий конденсатор, выход F DD1.2 соединить с входом Uc (вывод 2) или Uд (вывод 3) DD1.1, вход Е DD1.2 необходимо соединить с общим проводом, а к выводам С1 и С2 DD1.2 подсоединить конденсатор емкостью 0,22 мкФ.

Генератор DD1.2, после таких доработок, будет работать с частотой 2 кГц, а на выходе 7 DD1, получим частотно-модулированный сигнал. Кроме сказанного, на входы Uд и Uc одновременно можно подать противофазные модулирующие сигналы, как вариант, с выхода 6 инвертора DD3.1 и выхода 7 DD1. А вот для уменьшения девиации частоты эти модулирующие сигналы следует подавать через подстроечные резисторы 220...470 Ом. Кроме кварцевых или пьезокерамических резонаторов можно подключать и пьезокерамические фильтры. Высокочастотный генератор можно использовать помимо проверки кварцевых резонаторов и, например как калибратор, генератор звуковых эффектов, микропередатчик, устройство для измерения емкости конденсаторов.

• 24.09.2014

  Сенсорный выключатель показанный на рисунке имеет двухконтактный сенсорный элемент, при касании обеих контактов напряжение питания (9В) от источника питания подается в нагрузку, а при следующем касании сенсорных контактов питания отключается от нагрузки, нагрузкой может быть лампа или реле. Сенсор очень экономичен и потребляет малый ток в режиме ожидания. В момент …

• 08.10.2016

  MAX9710/MAX9711 — стерео/моно УМЗЧ с выходной мозностью 3 Вт имеющие режим пониженного потребления. Технические характеристики: Выходная мощность 3 Вт на нагрузке 3 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 2,6 Вт на нагрузке 4 Ом (при КНИ до 1%) Выходная мощность 1,4 Вт на нагрузке 8 Ом (при КНИ до 1%) Коэффициент подавления шумов …

• 30.09.2014

  Характеристики: Диапазон воспроизводимых частот 88…108 МГц Реальная чувствительность 3 мкВ Выходная мощность УНЧ 2*2Вт Диапазон воспроизводимых частот 40…16000Гц Напряжение питания 3…9В Приемник построен на 2-х микросхемах CXA1238S и TEA2025B. CXA1238S содержит универсальный АМ\ЧМ радиоприемный тракт, выбор режима работы определяет лог. уровень на 15-ом выводе микросхемы. В состав ЧМ входит — …

• 22.04.2015

  На рисунке № 1 показана схема простого индикатора сетевого напряжения. R1 ограничивает прямой ток через светодиод HL1. С1 используется в качестве балластного элемента, что позволило улучшить тепловой режим уст-ва индикации. При отрицательной полуволне сетевого напряжения стабилитрон VD1 работает как обычный диод, предохраняя светодиод от пробоя в обратным смещением. При положительной …

• 21.09.2014

  В наше время, когда многие обзавелись дачей или домом в селе, где сварка является необходимостью, возникает проблема с ее приобретением. Покупка заводского аппарата осложняется его высокой стоимостью. Самая трудоемкая часть — изготовление самого сварочного трансформатора. При этом изготовитель сталкивается с проблемой приобретения магнитопровода. К магнитопроводу предъявляют следующие требования: достаточная площадь …

Колебаниям уделяется одна из самых важных ролей в современном мире. Так, даже существует так называемая теория струн, которая утверждает, что всё вокруг нас - это просто волны. Но есть и другие варианты использования данных знаний, и одна из них - это кварцевый резонатор. Так уж бывает, что любая техника периодически выходит из строя, и они тут не исключение. Как убедиться, что после негативного инцидента она всё ещё работает как надо?

О кварцевом резонаторе замолвим слово

Кварцевым резонатором называют аналог колебательного контура, базирующегося на индуктивности и ёмкости. Но между ними есть разница в пользу первого. Как известно, для характеристики колебательного контура используют понятие добротности. В резонаторе на основе кварцев она достигает очень высоких значений - в границах 10 5 -10 7 . К тому же он более эффективен для всей схемы при изменении температуры, что сказывается на большем сроке службы таких деталей, как конденсаторы. Обозначение кварцевых резонаторов на схеме осуществляется в виде вертикально расположенного прямоугольника, который с обеих сторон «зажат» пластинами. Внешне на чертежах они напоминают гибрид конденсатора и резистора.

Как работает кварцевый резонатор?

Из кристалла кварца вырезается пластинка, кольцо или брусок. На него наносится как минимум два электрода, которые являются проводящими полосками. Пластинка закрепляется и имеет свою собственную резонансную частоту механических колебаний. Когда на электроды подаётся напряжения, то из-за пьезоэлектрического эффекта происходит сжатие, сдвиг или изгибание (зависимо от того, как вырезался кварц). Колеблющийся кристалл в таких случаях делает работу подобно катушке индуктивности. Если частота напряжения, что подаётся, равна или очень близка к собственным значениям, то требуется меньшее количество энергии при значительных отличиях для поддержания функционирования. Теперь можно переходить к освещению главной проблемы, из-за чего, собственно, и пишется эта статья про кварцевый резонатор. Как проверить его работоспособность? Было отобрано 3 способа, о которых и будет рассказано.

Способ № 1

Здесь транзистор КТ368 играет роль генератора. Его частота определяется кварцевым резонатором. Когда поступает питание, то генератор начинает работать. Он создаёт импульсы, которые равны частоте его основного резонанса. Их последовательность проходит через конденсатор, который обозначен как С3 (100р). Он фильтрует постоянную составляющую, а затем сам импульс передаёт на аналоговый частотомер, который построен на двух диодах Д9Б и таких пассивных элементах: конденсаторе С4 (1n), резисторе R3 (100к) и микроамперметре. Все остальные элементы служат для стабильности работы схемы и чтобы ничего не перегорело. Зависимо от установленной частоты может меняться напряжение, которое есть на конденсаторе С4. Это довольно приблизительный способ и его преимущество - легкость. И, соответственно, чем выше напряжение, тем большая частота резонатора. Но существуют определённые ограничения: пробовать её на данной схеме следует только в тех случаях, если она находится в приблизительных рамках от трех до десяти МГц. Проверка кварцевых резонаторов, что выходит за грань этих значений, обычно не подпадает под любительскую радиоэлектронику, но далее будет рассмотрен чертеж, у которого диапазон - 1-10 МГц.

Способ № 2

Для увеличения точности можно к выходу генератора подключить частотомер или осциллограф. Тогда можно будет рассчитать искомый показатель, используя фигуры Лиссажу. Но имейте в виду, что в таких случаях кварц возбуждается, причем как на гармониках, так и на основной частоте, что, в свою очередь, может дать значительное отклонение. Посмотрите на приведённые схемы (эту и предыдущую). Как видите, существуют разные способы искать частоту, и тут придётся экспериментировать. Главное - соблюдайте технику безопасности.

Проверка сразу двух кварцевых резонаторов

Данная схема позволит определить, работоспособны ли два кварцевых резистора, которые функционируют в рамках от одного до десяти МГц. Также благодаря ей можно узнать сигналы толчков, которые идут между частотами. Поэтому вы сможете не только определить работоспособность, но и подобрать кварцевые резисторы, которые наиболее подходят друг другу по своим показателям. Схема реализована с двумя задающими генераторами. Первый из них работает с кварцевым резонатором ZQ1 и реализован на транзисторе КТ315Б. Чтобы проверить работоспособность, напряжение на выходе должно быть больше 1,2 В, и следует нажать на кнопку SB1. Указанный показатель соответствует сигналу высокого уровня и логической единице. Зависимо от кварцевого резонатора может быть увеличено необходимое значение для проверки (можно напряжение каждую проверку повышать на 0,1А-0,2В к рекомендованному в официальной инструкции по использованию механизма). При этом выход DD1.2 будет иметь 1, а DD1.3 - 0. Также, сообщая о работе кварцевого генератора, будет гореть светодиод HL1. Второй механизм работает аналогично, и о нём будет сообщать HL2. Если их запустить одновременно, то ещё будет гореть светодиод HL4.

Когда сравниваются частоты двух генераторов, то их выходные сигналы с DD1.2 и DD1.5 направляются на DD2.1 DD2.2. На выходах вторых инверторов схема получает сигнал с широтно-импульсной модуляцией, чтобы затем сравнить показатели. Увидеть визуально это можно с помощью мигания светодиода HL4. Для улучшения точности добавляют частотомер или осциллограф. Если реальные показатели отличаются на килогерцы, то для определения более высокочастотного кварца нажмите на кнопку SB2. Тогда первый резонатор уменьшит свои значения, и тон биений световых сигналов будет меньше. Тогда можно уверенно сказать, что ZQ1 более высокочастотный, нежели ZQ2.

Особенности проверок

При проверке всегда:

1. Прочитайте инструкцию, которую имеет кварцевый резонатор;
2. Придерживайтесь техники безопасности.

Возможные причины выхода из строя

Существует довольно много способов вывести свой кварцевый резонатор из строя. С некоторыми самыми популярными стоит ознакомиться, чтобы в будущем избежать каких-то проблем:

1. Падения с высоты. Самая популярная причина. Помните: всегда необходимо содержать рабочее место в полном порядке и следить за своими действиями.
2. Присутствие постоянного напряжения. В целом кварцевые резонаторы не боятся его. Но прецеденты были. Для проверки работоспособности включите последовательно конденсатор на 1000 мФ - этот шаг возвратит его в строй или позволит избежать негативных последствий.
3. Слишком большая амплитуда сигнала. Решить данную проблему можно разными способами:

• Увести частоту генерации немного в сторону, чтобы она отличалась от основного показателя механического резонанса кварца. Это более сложный вариант.
• Понизить количество Вольт, что питают сам генератор. Это более лёгкий вариант.
• Проверить, вышел ли кварцевый резонатор действительно из строя. Так, причиной падения активности может быть флюс или посторонние частицы (необходимо в таком случае его качественно очистить). Также может быть, что слишком активно эксплуатировалась изоляция, и она потеряла свои свойства. Для контрольной проверки по этому пункту можно на КТ315 спаять «трехточку» и проверить осцом (одновременно можно сравнить активность).

Заключение

В статье было рассмотрено, как проверить работоспособность таких элементов электрических схем, как частота кварцевого резонатора, а также их свойство. Были обговорены способы установления необходимой информации, а также возможные причины, почему они выходят из строя во время эксплуатации. Но для избегания негативных последствий всегда трудитесь с ясной головой - и тогда работа кварцевого резонатора будет меньше беспокоить.