i Steckbrief: Insbesondere auch für Anfänger geeignet

stammt von der CD-ROM ‘Wer
,I-I@ Gut/Schlecht-Erkennung von Quarzen
‘b’:Einfache,
aber wirkungsvolle Testschaltung
._
Nie schwingt wirklich nur mit intaktem Quarz
i.i$lchten Sie die Quarze in Ihrer ,,BasteIkiste”
;*i:‘,
~~l~~r hier d
urchfällt, hat für immer verwirkt
1.‘.
‘i Steckbrief:
Insbesondere auch für Anfänger geeignet
Prüfschaltun die das Funktionieren
handesu
I *‘bl’
~c er
! c
s wingquarze
h .
anzeigt
Prüfling (steckbar im 2,54-mm-Raster)
’ Eingang:
Frequenzbereich: ca. 100 kHz.. . ca. 50 MHz
ie eine LED für ,,Test” (rot) und ,,O.k.” (grün)
Anzeige:
55 x 40 mm (Platine)
Abmbssungen:
60 x 80 x 22 mm (Gehäuse [B x H x T])
,rt Stromversorgung: 9 V (Blockbatterie)
? Stromaufnahme: ca. 10 mA
ca. 11,80 DM
: Bausatzpreis:
ca. 5,50 DM
Gehäuse:
1 Funktion:
ELECTRONIC ACTUELL Magazin 3 / 97
Wie oft Men einem beim
Durchstöbern der ESauteiIvorräte Quarze in die Hände, die - ausgeschlachtet
oder auf Vorrat gekauft die Jahre überdauert haben.
Ob das jeweilige Exemplar
noch in Ordnung ist, kann
man ihm genauso wenig
ansehen wie anderen eleki
tronischen Bauteilen auch.
Unserem Quarz-Doktor
21
Kontaktierung cSilberbelag ---.
Quarzscheibe-
c
Anschluß. Stift
Cl
I
Verformung
durch Scherschwingung
Ll
P
3
CO
Fl1
Anschlußstift
a
Bild 1: Ein aufgesägtes HC-48-Quarzgehäuse zeigt den fihgranen Inhalt; federnd gehalten die dünne Quarzscheibe.
Gld 2: Schemazeichnung mit Blick von
oben; die konzentrisch aufgedampften
Beläge stellen die Kontaktierung her.
Bild 3: Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes; Rl, Ll und Cl sind dynamisehe und CO ist der statische Parameter.
Beim Betrieb ,,normaler“ Halbleiter
fließt ,,nur“ Strom, der allenfalls für
ein bißchen Wärme sorgt; eine mechanische Bewegung oder gar Abnutzung
findet dabei nicht statt. Das ist beim
Schwingquarz anders: Der muß sich
nämlich unter der Einwirkung eines
äußeren elektrischen Feldes schon in
mechanische Schwingungen versetzen, damit es zur gewünschten Rückwirkung und einer stabilen Schwingung kommt.
gegen Schockbeanspruchung, wenn
diese übertrieben wird (Bild 1). Es
kann dann nämlich vorkommen, daß
das sorgsam geschliffene Quarzplättchen regelrecht aus seiner Halterung
herausfällt und keinen elektrischen
Kontakt mehr besitzt. Aber auch übermäßige thermische Beanspruchung
kann dem Kristall schaden; es ist
leicht einzusehen, daß sich zu große
Löthitze auch über die sehr dünnen
Kontaktierungsdrähte bis zum Kristall
hin fortpflanzen kann (Bild 2).
Während man schwere mechanische
Defekte schon beim Schütteln wahrnehmen kann (Klappern des Scheibchens im Metallgehäuse), gestaltet
sich die Überprüfung eines ,,gut“ aussehenden Exemplars als etwas schwieriger. Die Problematik besteht darin,
daß wir einerseits einen weiten Bereich von Nennfrequenzen erfassen
wollen, andererseits aber in unserem
Rahmen mit möglichst einfachen Mitteln auskommen wollen.
Doch trotz dieser Bewegung, die sich
im Mikrometer-Bereich abspielt, erlahmt so ein Schwingquarz auch nach
jahrelanger Tätigkeit nicht; auch bei
so einem Kristallschwinger findet
keinerlei Abnutzung statt. Das heißt
andererseits aber nicht, daß Quarze
grundsätzlich unempfindlich gegen
mechanische Einflüsse sind, im Gegenteil: Die filigrane, federnd gelagerte Aufhängung ist schon empfindlich
Von den zahlreichen Quarzbauformen
ist im Foto oben links nur die bikonvexe Scheibe gezeigt; darüber hinaus
gibt es auch plankonvexe, mit Facette
versehene oder ganz plan geschliffene
Ausführungen, die sich nach dem jeweiligen Frequenzbereich und Anwendungsfall richten. Nähere Einzelheiten entnehmen Sie bitte dem oben
zitierten Grundlagenbeitrag.
Stückliste Quarztester
Platine:
_-1
Quarztester
HB 512
Halbleiter:
Tl,2
D1,2
LD1
LD2
2
2
1
1
npn-Silizium-Transistor
Schottky-Diode
Low-Current-LED, grün
Low-Current-LED, rot
BC 547
BAT 43
03mm
03mm
Kondensatoren:
Cl ,2
c3
c4
c5
C6
22
2
1
1
1
1
keramischer Kondensator
keramischer Kondensator
keramischer Kondensator
Elektrolytkondensator
keramischer Kondensator
100 pF
1 nF
100 nF
47uF /2OV
1 nF
Um zu verstehen, wie ein Quarz überhaupt ,,funktioniert“, muß man sich
dessen Ersatzschaltbild ansehen (Bild
3). Die rechts gezeichnete ParuZleZkapazität CO besteht zwischen den beiden aufgedampften Belägen, die einen
regelrechten Kondensator mit dem
Quarz als Dielektrikum bilden. Diese
statische Kapazität ist gemeint, wenn
auf dem Quarzgehäuse ein Aufdruck
‘100 pF’ o.ä. zu-finden ist.
Kohleschichtwiderstände: (250 mW / 5 %)
Rl
R2...4
1 100 k 0 (braun - schwarz - gelb
3
2k7 ( r o t
- violett
- rot
- gold)
- gold)
Mechanisches Zubehör:
Tsl
1
Drucktaster mit Tastenkappe (rot)
(LDs) 2
LED-Abstandshalter
Batterieclip
WV)
1
(CU) 2 B u c h s e n l e i s t e
9-V-Block
5polig
Die hier aufgeführten Bauteile sind als kompletter
Bausatz für ca. 11,80 DM im Fachhandel erhältlich
(davon Platine: ca. 230 DM).
Empfohlenes Zubehör:
(gehört nicht zum Lieferumfang des Bausatzes)
passendes Gehäuse (unbearbeitet)
ca. 530 DM
ELECTRONIC A CTUEL L Magazin 3 / 97
während die Gegenkopplung für eine
(stabilisierende) Abschwächung sorgt.
c4
1OOnF
' TBC547
t
T h
-
CS
47 FF
LD1 I
grün
: Cl
1OOpF
&a2
l
LD2
fr
rot '_
ein
gut
t
T2
BC547
: c2
1OOpF
Bild 4: Nur mit einem angeschlossenen
Quarz kommt diese Schaltung in
Schwingung, dann aber auch richtig!
Die im linken Zweig gezeichneten
Elemente werden nur im Betrieb wirksam, d.h. wenn der Quarz im hochfrequenten Feld am Schwingen ist; aus
diesem Grund spricht man dabei von
den dynamischen Kenngrößen. Der
ohmsehe Anteil (Rl) wird vom dynamischen Verlustwiderstand hervorgerufen, und der induktive (Ll) stammt
im wesentlichen von den Zuleitungsdrähten; bei Cl handelt es sich um die
dynamisch wirksame Kapazität im
Schwingkreis-Ersatzschaltbild.
Grundsätzlich kann man einen
Schwingquarz in Serien- oder Parallelresonanz betreiben. Wie beim
Schwingkreis auch entsteht bei der
Resonanzfrequenz eine Spannungsüberhöhung, die man hochohmig auskoppeln und zum Aufbau eines Oszillators verwenden kann; diese ,,Quarzfrequenz“ wird durch die Kristallgeometrie bestimmt und bleibt auch über
mehrere Jahre sehr konstant erhalten.
ELECTRONIC ACTUELL Magazin 3 / 97
Es gibt diverse Schaltungen für Quarzoszillatoren, angefangen beim astabilen
Multivibrator bis hin zum rückgekoppelten Logik-Gatter. Allerdings haben
diese Schaltungen alle den Nachteil,
daß sie jeweils nur in einem engen Frequenzbereich funktionieren; die angestrebte ,,Breitbandigkeit“ ließe sich dabei also nur durch Umschalten der externen Bauteile erreichen, was aber die
gewünschte Einfach-Lösung verderben
würde. Die oben gezeigte Schaltung
vermeidet diesen Nachteil und besitzt
gleichzeitig noch einen nicht zu verachtenden Vorteil (Bild 4): Sie ist nämlich
im Ruhezustand, also bei fehlendem
Quarz, absolut ruhig und neigt nicht im
entferntesten dazu, etwa wilde Schwingungen anzufachen. Dann nämlich würde die grüne O.k.-Leuchtdiode aus Vorfreude dauernd leuchten, was eine Prüfung überflüssig machen wurde.
Bild 5: Sowohl Tsl als auch die Fassung
für den Prüfling müssen ,,verlängert“ werden, um mit dem Gehäuse zu fluchten.
Die Funktion kann man sich folgendermaßen vorstellen: Sobald der Quarz
über Rl Versorgungsspannung bekommt, wird er zu Schwingungen auf
der ihm typischen Frequenz angeregt;
das ist vergleichbar mit Wasserwellen,
die nach dem Steinwurf entstehen und
langsam wieder abklingen. Doch zu
diesem Abklingen kommt es im vorliegenden Fall nicht, denn der Transistor
Tl verstärkt die Anfangsschwingung.
Uber den kapazitiven Spannungsteiler
Cl/C2 wird ein Teil auf die Basis
zurückgeführt (Mitkopplung), womit
das Anfachen erreicht wird - die
Schwingung bleibt erhalten.
23
auch schon einen Tester für Leucht-
Aufgrund der hohen Transistorverstärkung werden an den Quarz keine besonderen Anforderungen gestellt; er
braucht lediglich die Initialzündung zu
geben, den Rest besorgt der Transistor.
Man kann davon ausgehen, daß jeder
intakte Quarz in dieser Schaltung zum
Schwingen kommt; er muß lediglich
die Bürdekapazität von ca. 50 pF ertragen, die aus der Reihenschaltung von
Cl + C2 gebildet wird. Dennoch sind
der Schaltung natürliche Grenzen gesetzt: Nach oben reißen die Schwingungen bei ca. 30.. .50 MHz ab, so daß
man Quarze mit höherer Nennfrequenz
nicht mehr testen kann (auch keine
Oberwellen-Quarze).
Die Bestückung der kleinen Platine
dürfte relativ unproblematisch ablaufen. Wichtig ist die richtige Polung der
beiden Dioden, deren schwarze Katodenringe exakt so liegen müssen, wie
es der Bestückungsplan vorschreibt
(bei Dl zu C3 und bei D2 zu C6 hin
zeigend; Bild 5). Auch die LEDs müssen richtig gepolt eingelötet werden;
der längere Anodenanschluß zeigt
zum jeweiligen Vorwiderstand R4
bzw. R3 hin.
Bild 6: Der Mini-Taster bekommt eine
Kappe aufgesetzt, und die Spolige Fassung wird im Huckepack montiert.
Nach unten hin reicht der Arbeitsbereich bis zu einigen 100 kHz; wir haben mit der Schaltung aber auch noch
problemlos 77,5-kHz-Quarze testen
können, sofern die ein (von der Baugröße bestimmtes) ausreichend großes
Signal liefern.
Zur Quarzkontaktierung dient ein
Stückchen Streifenfassung, das auf 5
Pins gekürzt wird; damit aber die
Bauhöhe bis zum Gehäusedeckel erreicht wird, müssen Sie zwei solcher
Streifen übereinander anordnen (einen
schmalen und einen breiteren; Bild 6).
Wenn die Platine dann fertig bestückt
so vor Ihnen liegt wie oben gezeigt,
kann nach der abschließenden Sichtkontrolle Spannung angelegt werden;
dazu ist eine 9-V-Blockbatterie vorgesehen (über entsprechenden Batterieclip anschließen; Bild 7).
Nun sollten Sie aber nicht auf halbem
Wege haltmachen: Erst das passende
Gehäuse verleiht der Schaltung das
professionelle Aussehen, von dem Sie
sich auf dem Aufmacherfoto überzeugen können. Wenn Sie die Bohrschablone von den Platinenseiten genau auf
den umlaufenden Gehäuserand legen,
können Sie die Mittel- bzw. Eckpunkte
mit einer Stecknadel durchpieken; nach
dem Aufkleben des Schriftbildes kann
n
es dann ans Testen gehen!
Die am Emitterwidcrstand R2 anliegende HF-Spannung erreicht einige
100 mV. Sie wird über C3 ausgekoppelt und mit den beiden Dioden Halbwellen-gleichgerichtet; nur die positiven Anteile können D2 passieren,
während die negativen von Dl gekappt werden. Bei schwingendem
Quarz kann sich somit der Kondensator C6 aufladen, so daß T2 durchschaltet und die grüne LED aktiviert. Die
gleichzeitig leuchtende rote dient nebenbei zur Batteriekontrolle.
Bild 8: Zur Bearbeitung des passenden
Gehäuses finden Sie auf den I’latinenseiten Bohrschablone und Druckvorschlag.
24
ELECTRONIC ACTUELL Magazin 3/97