Критически важные распределенные системы требуют синхронного преобразования во всех подсистемах и непрерывного потока данных. Распределенные системы сбора данных могут быть синхронизированы как на основе АЦП последовательного приближения, так и на основе сигма-дельта (∑-Δ)-АЦП. Новый подход, основанный на преобразователе частоты дискретизации (SRC), содержащемся в микросхемах линейки AD7770 производства Analog Devices, позволяет достигать синхронизации в системах на основе сигма-дельта-АЦП без прерывания потока данных.
Специалисты компании Infineon рассказывают о сорокалетней истории технологических инноваций, последовавшей за созданием первого полевого транзистора с изолированным затвором (MOSFET), и на примере последних новшеств, касающихся расположения кристалла относительно печатной платы, показывают, как незначительные на первый взгляд изменения способны кардинально поменять характеристики прибора и разрабатываемых на его основе систем.
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
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.
При проверке всегда:
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:
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.
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
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.
При проверке всегда:
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:
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.
Простой и надежный способ проверки кварцевых резонаторов на исправность, простая схема генератора для проверки кварцев. 90% неисправностей кварцевых резонаторов приходится на пульты дистанционного управления вот на них мы пока и остановимся. Я хочу предложить свой метод проверенный не раз.
На первом этапе не нужны вообще никакие приборы! Нам понадобитсялюбой радиоприёмник или на худой конец музыкальный центр если нет приёмника, но тогда к центру нужно подключитъ наружную антенну к разъёму СВ-КВ что не нужно делать с радиоприёмником по причине того, что там есть магнитная антенна.
Если в приёмнике мы ничего не слышим? Не хочу останавливаться на питании, думаю каждый с этого начинает любой ремонт. Выпаиваем аккуратно кварц, не перегревая его.
Теперь мы подошли к второму этапу непосредственно проверки кварцевого резонатора можно при помощи мультиметра 890 серии который очень распространён. Вставляем его в гнездо «Сх» и измеряем его ёмкость, при исправном резонаторе прибор покажет сотни пФ при неисправном единицы максимум десятки. Вот пример (частота резонатора – ёмкость на приборе) 440кГц-345пФ 500кГц-490пФ 4мГц-45пФ.
Опираться на эти значения как понимаете можно относительно так как погрешность у этого метода 10-15%. Но мы ведь с самого начала ставили цель проверить рабочий-нерабочий и не более.
Рис.1. Схема генератора для проверки кварцев.
Есть ещё один способ, он самый точный но нужно взятъ в руки паяльник и спаять очень простую схемку (рис.1) на микросхеме К155ЛАЗ. В схеме два резистора 330-670 Ом конденсатор любой. Вот собираем эту схемку и если к конденсатору подключим вход частотомера то узнаем частоту кварца с точностью, с которой измеряет Ваш частотомер.
А если частотомера нет тоже не огорчайтесь, возьмите всё тот же приёмник, к свободной ножке конденсатора прикрутите 0,5-1м провода, прообраз антенны, и слушайте на приемнике сигнал генератора в зависимости от частоты кварца на основной или 3 или 5 гармонике, то есть если у Вас, к примеру кварц на 440кГц то сигнал генератора Вы услышите на 440кГц,1320кГц и 2200кГц и так далее, это принцип кварцевого калибратора которые раньше стояли почти во всех военных радиоприёмниках.
Иногда нужно знать точные характеристики кварцевого резонатора. Но даже если у вас есть даташит на конкретный кварцевый резонатор, в нем вы никогда не найдете нужную информацию. В силу производственных процессов даже два кварца из одной партии сильно отличаются друг от друга. Остается лишь один вариант — научиться измерять кварцы самостоятельно.
Здесь C0 — это собственная емкость резонатора. Она образуется электродами, идущими к кристаллу. Lm и Cm — эквивалентные индуктивность и емкость резонатора. Rm представляет собой сопротивление потерь. Задача состоит в том, чтобы измерить эти четыре параметра.
Соответствующие методы измерений описаны во многих источниках, включая книги The ARRL Handbook, Experimental Methods in RF Design и QRP Power. Alan Wolke, W2AEW недавно опубликовал видео Measuring crystals with NanoVNA and other tools, где он показывает и сравнивает различные методы. Для большинства измерений Alan использует NanoVNA. Здесь я расскажу о том, как сам измеряю кварцы на примере случайного резонатора на 12 МГц под брендом «CALTRON». Дополнительную информацию вы найдете в названных книгах и видео.
Проще всего определить C0. Для этого достаточно измерить резонатор с помощью RLC-метра в режиме измерения емкости. В моем случае C0 = 2.5 пФ.
Для измерения Lm и Cm воспользуемся методом Dr. Dave Gordon-Smith, G3UUR. Это самый распространенный метод, и среди бюджетных вариантов он считается наиболее точным. Нам понадобится следующий генератор:
Номиналы C2, C3 и C4 не критичны. Должны выполняться условия C3 = C4 и C2 Чаще всего используются C2 = 33 пФ, C3 = C4 = 470 пФ. У меня не было конденсатора на 33 пФ, поэтому я использовал на 22 пФ.
Генератор в моем исполнении:
Чтобы постоянно не припаивать и не отпаивать кварцы, были использованы гнезда с шагом 2.54 мм. Когда генератор готов, нужно измерить C2 вместе со всеми паразитными эффектами. У меня окончательное значение составило 26.5 пФ.
Измеряемый кварц помещается в генератор, после чего определяются две частоты. Частота генератора Fo, когда переключатель SW1 разомкнут, и Fg, когда переключатель замкнут. Для получения точных результатов нужен частотомер. Для менее точных измерений может быть использован осциллограф или SDR-приемник.
Для определения Rm необходимо измерить АЧХ последовательно включенного кварца в окрестностях резонансной частоты. Для этого было изготовлено такое незамысловатое устройство из двух BNC-разъемов и гнезд с шагом 2.54 мм:
Анализатор спектра должен показать что-то вроде:
Наша задача — как можно точнее определить вносимые потери на резонансной частоте. На этой частоте Lm и Cm компенсируют друг друга, и потери приходятся в основном на Rm. Опытным путем было установлено, что Span в 50 кГц и RBW 100 Гц дают достаточно точный результат.
Rm можно вычислить по формулам:
Зная Lm, Rm и резонансную частоту, мы также можем вычислить добротность кварцевого резонатора:
Добротность нашего кварца:
Хорошие кварцевые резонаторы имеют добротность не менее 100 000. Данный кварц является довольно неплохим.
Fun fact! Параллельное соединение двух кварцевых резонаторов, как в схеме Super VXO, эквивалентно использованию одного кварцевого резонатора меньшей добротности. Для наших кварцев получаем C0 = 5 пФ, Cm = 19.329 фФ, Lm = 9.104 мГн, Rm = 8.9 Ом, Q = 77 000. Также параллельное соединение как бы «сглаживает» пик на последнем графике. На самом деле, будет два пика на близких частотах.
Итак, мы определили Lm, Cm, Rm и C0, а также посчитали добротность. Осталось только понять, какая от этого практическая польза. Но на этот вопрос я намерен ответить в одном из будущих постов. Следите за обновлениями.
Дополнение: См также заметки про кварцевые полосовые фильтры, часть 1, часть 2, часть 3 и часть 4.
Здравствуйте. Выписал с доставкой кварцевые резонаторы, и есть опасение, что они могут быть повреждены при транспортировке. Прочитал про тестирование этих элементов, в основном везде используют осциллограф, которого у меня нет. Однако, читая о том, как работает кварц, понял что если на него подавать импульсы, с частотой, равной рабочей частоте кварцевого резонатора, то амплитуда таких сигналов будет больше, на других же частотах, у резонатора будет больше сопротивление.
Пришла мысль подключить кварцевый резонатор к выводам микроконтроллера, с которого можно подавать импульсы нужной частоты, а так же добавить параллельно вольтметр, чтобы проверять напряжение при данной частоте. Имеет ли такая идея право на существование и будет ли она эффективна?
Последний раз редактировалось aen Вт янв 17, 2017 21:58:56, всего редактировалось 5 раз(а).
В названии темы добавил слово «часового», что бы не было путаницы.
А если уж на самом деле нечем заняться, то собирайте такую схему и смотрите есть ли генерация. Данная схема не предназначена для часовых кварцев.
При проверке разных кварцев нужно корректировать конденсаторы С1 и С2. Они одинаковые. Они вычисляются по формуле. Особой точности не нужно. Разница в два раза обычно роли не играет.
Если кварцы с частотой не более 20 МГц, то транзистор можно поставить КТ3102
Зарегистрируйтесь и получите два купона по 5$ каждый:https://jlcpcb.com/cwc
Какой схемы то? Кварц может стоять в генераторах, в фильтрах, в датчиках и т.д., поэтому нужно анализировать работу схемы в которой стоит кварц, а не кварц отдельно.
А про кварцы в генераторах на простом языке, специально для начинающих можно здесь почитать. http://radiokot.ru/start/analog/practice/07/ А потом переходить к более серьезным книжкам, ссылки на которые даны в той же статье.
Критически важные распределенные системы требуют синхронного преобразования во всех подсистемах и непрерывного потока данных. Распределенные системы сбора данных могут быть синхронизированы как на основе АЦП последовательного приближения, так и на основе сигма-дельта (∑-Δ)-АЦП. Новый подход, основанный на преобразователе частоты дискретизации (SRC), содержащемся в микросхемах линейки AD7770 производства Analog Devices, позволяет достигать синхронизации в системах на основе сигма-дельта-АЦП без прерывания потока данных.
Денис, схемотехнику я изучаю путем решения задач для себя, так же читаю документацию по соответствующим темам.
Кварцевый резонатор у меня используется вместе с микросхемой часов реального времени. Без него, они начинают отставать.
Поэтому интересно, что будет если поставлю нерабочий кварц, и как это повлияет на схему.
Специалисты компании Infineon рассказывают о сорокалетней истории технологических инноваций, последовавшей за созданием первого полевого транзистора с изолированным затвором (MOSFET), и на примере последних новшеств, касающихся расположения кристалла относительно печатной платы, показывают, как незначительные на первый взгляд изменения способны кардинально поменять характеристики прибора и разрабатываемых на его основе систем.
В общем схема, что привел выше с подобным часовым резонатором «не заводится» В названии темы и в первом посте нужно было уточнить, какой именно резонатор требуется проверить.
Паять было лень, поэтому просто взял схему своего жука и в модуляторе там припаял часовой кварц. viewtopic.php?f=28&t=133694
Схема такая получилась.
Это обычный не инвертирующий УНЧ. Попробовал четыре из имевшихся у меня часовых резонаторов. На выходе вижу импульсы с частотой порядка 32 кГц. Просто точно не замерял, т.к. нам это в данном случае и не нужно. Амплитуда импульсов порядка 2 вольта. Если нет осциллографа, то можно эти импульсы просто продетектировать и смотреть вольтметром.
Правда при этом мы не видим, что генерация происходит именно на частоте резонатора.
Не инвертирующий усилитель можно и другой взять. Я же просто взял тот, что у меня уже был спаян.
Если R2 сделать переменным, то думаю можно будет проверять и активность кварца. Крутить его и смотреть при каком сопротивлении начинается генерация. Чем больше величина резистора, тем больше активность кварца.
И это не редкость, т.к. вот еще пара тем на форуме, где вроде бы исправный часовой кварц, с К176ИЕ12 не запускается без «плясок с бубном» viewtopic.php?p=227945#227945 http://www.radiokot.ru/forum/viewtopic.php?f=22&t=16528
Для проверки нужна схема более надежная, что бы работало безотказно и без плясок.
