Додому Рульове Схеми для перевірки кварців на мікросхемі 4060. Як перевірити кварцовий резонатор? Перевірка кварцових резонаторів. Короткий опис частотоміра FC1100-M3

Рульове

Схеми для перевірки кварців на мікросхемі 4060. Як перевірити кварцовий резонатор? Перевірка кварцових резонаторів. Короткий опис частотоміра FC1100-M3

Частотомір – корисний прилад у лабораторії радіоаматора (особливо, за відсутності осцилографа). Крім частотоміра особисто мені часто не вистачало тестера кварцових резонаторів - надто багато стало одружуватися з Китаю. Неодноразово траплялося таке, що збираєш пристрій, програмуєш мікроконтролер, записуєш ф'юзи, щоб він тактувався від зовнішнього кварцу і все - після запису ф'юзів програматор перестає бачити МК. Причина - "битий" кварц, рідше - "глючний" мікроконтролер (або дбайливо перемаркований китайцями з додаванням, наприклад, літери "А" на кінці) і таких несправних кварців мені траплялося до 5% з партії. До речі, досить відомий китайський набір частотоміра з тестером кварців на PIC-мікроконтролері і світлодіодному дисплеї з Аліекспреса мені категорично не сподобався, тому що часто замість частоти показував чи погоду в Зімбабве, чи частоти "нецікавих" гармонік (ну чи це мені не пощастило).

Відразу хотілося б сказати, що перевірити кварцовий резонатор за допомогою мультиметра не вдасться. Для перевірки кварцового резонатора за допомогою осцилографа необхідно підключити щуп до одного з висновків кварцу, а земляний крокодил до іншого, але такий спосіб не завжди дає позитивний результат, далі описано чому.
Одна з основних причин виходу з ладу кварцового резонатора – банальне падіння, тому якщо перестав працювати пульт від телевізора, брелок від сигналізації автомобіля, то насамперед необхідно його перевірити. Перевірити генерацію на платі не завжди виходить тому, що щуп осцилографа має деяку ємність, яка зазвичай становить близько 100pF, тобто підключаючи щуп осцилографа, ми підключаємо конденсатор номіналом 100pF. Так як номінали ємностей у схемах кварцових генераторів становлять десятки і сотні пикофарад, рідше нанофаради, то підключення такої ємності вносить значну помилку в розрахункові параметри схеми і може призвести до зриву генерації. Місткість щупа можна зменшити до 20pF, якщо встановити дільник на 10, але і це не завжди допомагає.

Виходячи з вище написаного можна дійти невтішного висновку, що з перевірки кварцового резонатора потрібна схема, при підключенні до якої щупа осцилографа нічого очікувати зриватися генерація, тобто схема має відчувати ємність щупа. Вибір упав на генератор Клаппа на транзисторах, а щоб не зривалася генерація до виходу підключений емітерний повторювач.

Якщо поставити плату на просвіт видно, що за допомогою свердла виходять акуратненькі п'ятачки, якщо свердлити шуруповертом, то майже акуратненькі). По суті це той самий монтаж на п'ятачках, тільки п'ятачки не наклеюються, а свердляться.

Фотографію свердла можна побачити нижче.

Тепер перейдемо безпосередньо до перевірки кварців. Спершу візьмемо кварц на 4.194304MHz.

Кварц на 8 МГц.

Кварц на 14.31818 МГц.

Кварц на 32 МГц.

Хотілося б кілька слів сказати про гармоніку, Гармоніки- коливання на частоті кратної основної, якщо основна частота кварцового резонатора 8MHz, то гармоніками у разі називають коливання на частотах: 24MHz – 3-я гармоніка, 40MHz – 5-я гармоніка тощо. У когось могло виникнути питання, чому в прикладі лише непарні гармоніки, бо кварц на парних гармоніках працювати не може!

Кварцового резонатора на частоту вище 32MHz у мене не знайшлося, але навіть цей результат можна вважати чудовим.
Очевидно, що для радіоаматора-початківця кращий спосіб без використання дорогого осцилографа, тому нижче зображена схема для перевірки кварцу за допомогою світлодіода. Максимальна частота кварцу, який вдалося перевірити за допомогою цієї схеми становить 14MHz, наступний номінал який у мене був це 32MHz, але з ним генератор вже не запустився, але від 14MHz до 32MHz великий проміжок, швидше за все, до 20MHz буде працювати.

Приводом для створення цього приладу послужило чимало кварцових резонаторів, що накопичилися, як куплених, так і випаяних з різних плат, причому на багатьох були відсутні будь-які позначення. Мандруючи безкрайніми просторами інтернету і пробуючи зібрати і запустити різні схеми кварцових тестерів, було вирішено придумати щось своє. Після багатьох експериментів з різними генераторами як на різних цифрових логіках, так і на транзисторах, зупинив вибір на 74HC4060, правда усунути автоколивання теж не вдалося, але, як виявилося, при роботі пристрою це не створює перешкоди.

Схема вимірювача кварців

За основу пристрою взято два генератори CD74HC4060 (74HC4060 не було в магазині, але судячи з даташиту вони ще «крутіше»), один працює на низькій частоті, другий на високій. Найнижчими які у мене були, виявилися годинникові кварці, а найвищим частотним виявився негармоніковий кварц на 30 МГц. Генератори через їхню схильність до самозбудження було вирішено перемикати просто комутуючи напругу живлення, про що індикують відповідні світлодіоди. Після генераторів установив повторювач на логіці. Можливо замість резисторів R6 та R7 краще встановити конденсатори (сам я не перевіряв).

Як виявилося, у пристрої запускаються не тільки кварці, а й усілякі фільтри про дві і більше ноги, які з успіхом і були підключені до відповідних роз'ємів. Один «двоногий» схожий на керамічний конденсатор запустився на 4 МГЦ, який був успішно застосований замість кварцового резонатора.

На знімках видно, що використано два види роз'ємів для перевірки радіодеталей. Перший виготовлений з частин панелек - для вивідних деталей, а другий представляє фрагмент плати приклеєний і припаяний до доріжок через відповідні отвори - для SMD кварцових резонаторів. Для виведення інформації застосований спрощений частотомір на мікроконтролер PIC16F628 або PIC16F628A, який автоматично перемикає межу вимірювання, тобто на індикаторі частота буде або в кГц або в МГц. Про деталі пристрою Частина плати зібрана на вивідних деталях, частина на SMD. Плата розроблена під РКІ індикатор "Вінстар" однорядковий WH1601A (це той у якого контакти зліва вгорі), контакти 15 і 16, службовці для підсвічування, не розведені, але кому треба для себе додати доріжки та деталі. Я не розвів підсвічування, оскільки застосував індикатор без підсвічування від якогось телефону на такому ж контролері, але спочатку стояв вінстаровський. Крім WH1601A можна застосувати WH1602B - дворядковий, але другий рядок не буде задіяний. Замість транзистора, що на схемі можна застосувати будь-який такий самий провідності бажано з більшим h21. На платі розведено два входи живлення, один від міні USB, інший через міст та 7805. Також передбачено місце під стабілізатор в іншому корпусі.

Налаштування приладу

При налаштуванні кнопкою S1 увімкнути режим НЧ (загориться світлодіод VD1) і встромивши у відповідний роз'єм кварцовий резонатор на 32768Гц (бажано з материнської плати комп'ютера) підстроювальним конденсатором С11 встановити на індикаторі частоту 32768Гц. Резистор R8 встановлює максимальну чутливість. Усі файли - плати, прошивки, датішити на використовувані радіоелементи та інше, скачайте в архіві. Автор проекту-nefedot.

АРХІВ:

Приводом для створення цього приладу послужило чимало кварцових резонаторів, що накопичилися, як куплених, так і випаяних з різних плат, причому на багатьох були відсутні будь-які позначення. Подорожуючи безкрайніми просторами інтернету і пробуючи зібрати і запустити різні, було вирішено придумати щось своє. Після багатьох експериментів з різними генераторами як на різних цифрових логіках, так і на транзисторах, зупинив вибір на 74HC4060, правда усунути автоколивання теж не вдалося, але, як виявилося, при роботі пристрою це не створює перешкоди.

Схема вимірювача кварців

Про деталі пристрою

Частина плати зібрана на вивідних деталях, частина на SMD. Плата розроблена під РКІ індикатор "Вінстар" однорядковий WH1601A (це той у якого контакти зліва вгорі), контакти 15 і 16, службовці для підсвічування, не розведені, але кому треба для себе додати доріжки та деталі. Я не розвів підсвічування, оскільки застосував індикатор без підсвічування від якогось телефону на такому ж контролері, але спочатку стояв вінстаровський. Крім WH1601A можна застосувати WH1602B - дворядковий, але другий рядок не буде задіяний. Замість транзистора, що на схемі можна застосувати будь-який такий самий провідності бажано з більшим h21. На платі розведено два входи живлення, один від міні USB, інший через міст та 7805. Також передбачено місце під стабілізатор в іншому корпусі.

Налаштування приладу

Обговорити статтю ПРИЛАД ДЛЯ ПЕРЕВІРКИ ЧАСТОТИ КВАРЦІВ

Коливанням приділяється одна з найважливіших ролей у світі. Так навіть існує так звана теорія струн, яка стверджує, що все навколо нас - це просто хвилі. Але є й інші варіанти використання даних знань, одна з них - це кварцовий резонатор. Так буває, що будь-яка техніка періодично виходить з ладу, і вони тут не виняток. Як переконатися, що після негативного інциденту вона все ще працює як слід?

Про кварцовий резонатор замовимо слово

Кварцовим резонатором називають аналог коливального контуру, що базується на індуктивності та ємності. Але між ними є різниця на користь першого. Як відомо, для характеристики коливального контуру використовують поняття добротності. У резонаторі на основі кварців вона досягає дуже високих значень - у межах 105-107. До того ж він ефективніший для всієї схеми при зміні температури, що позначається на більшому терміні служби таких деталей, як конденсатори. Позначення кварцових резонаторів на схемі здійснюється у вигляді вертикально розташованого прямокутника, який з обох сторін затиснутий пластинами. Зовні на кресленнях вони нагадують гібрид конденсатора та резистора.

Як працює кварцовий резонатор?

З кристала кварцу вирізається платівка, кільце або брусок. На нього наноситься як мінімум два електроди, які є смужками, що проводять. Платівка закріплюється та має свою власну резонансну частоту механічних коливань. Коли на електроди подається напруга, то через п'єзоелектричний ефект відбувається стиск, зсув або згинання (залежно від того, як вирізався кварц). Коливальний кристал у таких випадках робить роботу подібно до котушки індуктивності. Якщо частота напруги, що подається, дорівнює або дуже близька до власних значень, то потрібна менша кількість енергії за значних відмінностей для підтримки функціонування. Тепер можна переходити до висвітлення головної проблеми, через що, власне, пишеться ця стаття про кварцовий резонатор. Як перевірити його працездатність? Було відібрано 3 способи, про які і буде розказано.

Спосіб №1

Тут транзистор КТ368 грає роль генератора. Його частота визначається кварцовим резонатором. Коли надходить харчування, генератор починає працювати. Він створює імпульси, які дорівнюють частоті його основного резонансу. Їхня послідовність проходить через конденсатор, який позначений як С3 (100р). Він фільтрує постійну складову, а потім сам імпульс передає на аналоговий частотомір, який побудований на двох діодах Д9Б і таких пасивних елементах: конденсатор С4 (1n), резисторі R3 (100к) і мікроамперметрі. Решта елементів служать для стабільності роботи схеми і щоб нічого не перегоріло. Залежно від встановленої частоти може змінюватися напруга, яка є на конденсаторі С4. Це досить приблизний спосіб та його перевага – легкість. І, відповідно, що вище напруга, то більша частота резонатора. Але існують певні обмеження: пробувати їх у цій схемі слід лише у випадках, коли вона перебуває у приблизних межах від трьох до десяти МГц. Перевірка кварцових резонаторів, що виходить за межі цих значень, зазвичай не підпадає під аматорську радіоелектроніку, але далі буде розглянуто креслення, у якого діапазон - 1-10 МГц.

Спосіб №2

Для збільшення точності можна до виходу генератора підключити частотомір або осцилограф. Тоді можна буде розрахувати шуканий показник, використовуючи фігури Лісаж. Але майте на увазі, що в таких випадках збуджується кварц, причому як на гармоніках, так і на основній частоті, що, в свою чергу, може дати значне відхилення. Подивіться на наведені схеми (цю та попередню). Як бачите, існують різні способи шукати частоту, і тут доведеться експериментувати. Головне - дотримуйтесь техніки безпеки.

Перевірка одразу двох кварцових резонаторів

Дана схема дозволить визначити, чи працездатні два кварцові резистори, які функціонують в рамках від одного до десяти МГц. Також завдяки ній можна дізнатися про сигнали поштовхів, які йдуть між частотами. Тому ви зможете не тільки визначити працездатність, але й підібрати кварцові резистори, які найбільше підходять один одному за своїми показниками. Схема реалізована з двома генераторами, що задають. Перший працює з кварцовим резонатором ZQ1 і реалізований на транзисторі КТ315Б. Щоб перевірити працездатність, напруга на виході має бути більшою за 1,2 В, і слід натиснути на кнопку SB1. Зазначений показник відповідає сигналу високого рівня та логічної одиниці. Залежно від кварцового резонатора може бути збільшено необхідне значення для перевірки (можна напруга кожну перевірку підвищувати на 0,1-0,2 В до рекомендованого в офіційній інструкції з використання механізму). При цьому вихід DD1.2 матиме 1, а DD1.3 – 0. Також, повідомляючи про роботу кварцового генератора, горітиме світлодіод HL1. Другий механізм працює аналогічно, і про нього повідомлятиме HL2. Якщо їх запустити одночасно, то ще горітиме світлодіод HL4.

Коли порівнюються частоти двох генераторів, їх вихідні сигнали з DD1.2 і DD1.5 направляються на DD2.1 DD2.2. На виходах других інверторів схема отримує сигнал із широтно-імпульсною модуляцією, щоб потім порівняти показники. Побачити візуально це можна за допомогою миготіння світлодіода HL4. Для покращення точності додають частотомір або осцилограф. Якщо реальні показники відрізняються на кілогерці, для визначення більш високочастотного кварцу натисніть кнопку SB2. Тоді перший резонатор зменшить свої значення, і тон биття світлових сигналів буде меншим. Тоді можна впевнено сказати, що ZQ1 більш високочастотний, ніж ZQ2.

Особливості перевірок

Під час перевірки завжди:

Прочитайте інструкцію, що має кварцовий резонатор;
Дотримуйтесь техніки безпеки.

Можливі причини виходу з ладу

Існує багато способів вивести свій кварцовий резонатор з ладу. З деякими найпопулярнішими варто ознайомитися, щоб у майбутньому уникнути якихось проблем:

Падіння з висоти. Найпопулярніша причина. Пам'ятайте: завжди необхідно утримувати робоче місце у повному порядку та стежити за своїми діями.
Присутність постійної напруги. Загалом кварцові резонатори не бояться його. Але прецеденти були. Для перевірки працездатності увімкніть послідовно конденсатор на 1000 мФ - цей крок поверне його до ладу або дозволить уникнути негативних наслідків.
Занадто велика амплітуда сигналу. Вирішити цю проблему можна різними способами:

Вивести частоту генерації трохи убік, щоб вона відрізнялася від основного показника механічного резонансу кварцу. Це складніший варіант.
Зменшити кількість Вольт, що живлять сам генератор. Це легший варіант.
Перевірити, чи вийшов кварцовий резонатор справді з ладу. Так, причиною падіння активності може бути флюс або сторонні частки (необхідно у такому разі його якісно очистити). Також можливо, що надто активно експлуатувалася ізоляція, і вона втратила свої властивості. Для контрольної перевірки за цим пунктом можна на КТ315 спаяти «трьохточку» та перевірити осцем (одночасно можна порівняти активність).

Висновок

У статті було розглянуто, як перевірити працездатність таких елементів електричних схем як частота кварцового резонатора, а також їх властивість. Було обговорено способи встановлення необхідної інформації, а також можливі причини, чому вони виходять з ладу під час експлуатації. Але для уникнення негативних наслідків завжди працюйте з ясною головою - і тоді робота кварцового резонатора менше турбуватиме.