Pripomočki za meritev parametrov kvarčnih kristalov

Tu bomo opisali in spraševalo o tem kako in s čim izmeriti izmeriti kar pač potrebujemo.
Tu bodo tako samogradnje kot tudi opis merilnih metod.

Pripomočki za meritev parametrov kvarčnih kristalov

OdgovorNapisal/-a PrimozL » 02 Jan 2023, 23:00

Čez praznike sem si izdelal dva pripomočka, ki mi bosta pomagala izmeriti parametre kvarčnih kristalov. Meritve so povezane s tem podprojektom. Literature na to temo je veliko. Mislim, da je bistvo meritev parametrov kristalov lepo povzel uporabniški priročnik (v priponki) za prosto dostopen program za načrtovanje lestvičastih kristalnih filtrov Dishal.

Prvi pripomoček je oscilator, ki nam pomaga s pomočjo zunanjega merilnika frekvence izmeriti zaporedni resonančni frekvenci pri znanem zaporednem kondenzatorju ter pri njegovi prespojitvi. Zgledoval sem se po dveh električnih načrtih iz priponk. Pred vgradnjo je potrebno izmeriti točno kapacitivnost kondenzatorjev, da lahko te vrednosti uporabimo pri izračunu. Tako imenovana G3UUR metoda meritve parametrov kristalov je opisana v članku avtorja W7ZOI, kjer je opisan tudi model nadomestnega električnega vezja kristala.

Drugo vezje sestavljata dva transformatorja impedance 4:1 s 50 ohm na 12.5 ohm in nazaj na 50 ohm. Nižji, kot sta vhodna in izhodna impedanca pri merjencu (kristal), bolj natančno lahko ovrednotimo njegovo zaporedno nadomestno upornost. Le-ta je v področju nekaj ohm do nekaj 10 ohm. Za kristalne filtre so primerni kristali z upornostjo do nekje 10 ohm. Pri višji upornosti se vstavitveno slabljenje močno poveča. Pred in za transformatorjem sta še slabilnika 3 dB, ki nekoliko izboljšata prilagoditev in obenem ne vneseta preveč slabljenja, ki bi pokvarilo meritev. Transformatorja impedance sta izdelana kot avto-transformatorja. Navita sta bifilarno na malem feritnem obročku premera 6 mm. Brez težav bi uporabil tudi feritno jedro z dvema luknjama, kot je npr. B62152A0007X030 ali tudi manjšim. Pomembno je, da je feritni material namenjen za frekvence, pri katerih nameravamo meriti. Če namesto kristala vstavimo prespojitev, znašajo izgube pri 9 MHz 6.2 dB, torej samo malenkost več od 2x 3 dB.

Obe vezji imata seveda na celotni spodnji strani maso.

Nabor kristalov, ki sem jih najprej podrobno preveril, so overtonski za frekvenco 26.975 MHz. Le-ti imajo na osnovni frekvenci zaporedno resonanco zelo blizu 9 MHz. Na žalost je raztros njihovih parametrov prevelik za izdelavo kvalitetnega SSB filtra. Kot kažejo simulacije na osnovi izmerjenih parametrov, bi s prilagajanjem zaporednih kondenzatorjev pri posameznih kristalih sicer lahko celo izdelal filter s petimi kristali, a bom raje počakal, da prispejo kvalitetni kristali za 9 MHz.
Priponke
arrl_2015_fig11_56.jpg
ARRL testni oscilator
W7ZOI_OSC.jpg
W7ZOI testni oscilator
G3UUR_test_OSC.jpg
Izvedba oscilatorja
XTAL_test_fixture.jpg
Testno vezje z impedančnim transformatorjem
XTAL_test.jpg
Izvedba testnega vezja
eDishalHelp.pdf
Uporabniški priročnik za program Dishal
(245.48 KiB) Prenešeno 11 krat
PrimozL
 
Prispevkov: 407
Pridružen: 19 Jan 2015, 01:49
Kraj: Okolica Vipave
Zahvalil se je: 83 krat
Prejel zahvalo: 185 krat
Uporabnika povabil: VolkD
Število neizkoriščenih povabil: 40

Re: Pripomočki za meritev parametrov kvarčnih kristalov

OdgovorNapisal/-a S53DZ » 03 Jan 2023, 10:15

Primož, zelo uporabni podatki.

Jaz za testno vezje uporabljam kar uporovna delilnika.

73 Bojan
Priponke
X-tal-fixture.jpg
Uporabniški avatar
S53DZ
 
Prispevkov: 1259
Pridružen: 18 Jan 2015, 09:58
Kraj: Ljubljana
Zahvalil se je: 220 krat
Prejel zahvalo: 426 krat
Uporabnika povabil: S52O
Število neizkoriščenih povabil: 45

Re: Pripomočki za meritev parametrov kvarčnih kristalov

OdgovorNapisal/-a PrimozL » 03 Jan 2023, 20:18

Bojan,

Tudi tvoje vezje je povsem v redu. Mogoče je še boljše, ker ni parazitskih pojavov, ki izhajajo iz impedančnega transformatorja. Čeprav je takih pojavov pri avto-transformatorski izvedbi po mojih izkušnjah precej manj kot pri klasičnem transformatorju z dvema ločenima navitjema. Edino izgube so večje (29.5 dB). To pa pri današnji občutljivosti VNA ali SNA ne smelo biti težava. Če pa je, dodaš vmes en MMIC ojačevalnik z 20+ dB ojačenja.

Obstaja pa še vmesna rešitev (glej članek "Measuring crystal motional parameters with the MiniVNA") z nekoliko nižjimi izgubami (23 dB):

R_only_X-bridge.jpg
PrimozL
 
Prispevkov: 407
Pridružen: 19 Jan 2015, 01:49
Kraj: Okolica Vipave
Zahvalil se je: 83 krat
Prejel zahvalo: 185 krat
Uporabnika povabil: VolkD
Število neizkoriščenih povabil: 40


Vrni se na Elektronika - meritve

Kdo je na strani

Po forumu brska: 0 registriranih uporabnikov in 1 gost