Požaduje-li zařízení pro svůj provoz signál s přesným kmitočtem, bývá jeho zdrojem obvykle oscilátor řízený křemenným krystalem. Krystaly však patří mezi součástky, se kterými může mít amatér občas potíže. Buď nechce oscilátor s krystalem kmitat nebo může být krystal vadný - obvykle je mechanicky poškozený.
Proto je vhodné mít po ruce přípravek, na kterém si můžete funkčnost krystalu ověřit. Pomůcka je užitečná především pro technika často pracujícího s číslicovými nebo vf obvody využívajícími křemenné krystaly. Začátečník může na tomto přípravku ocenit jeho druhou vlastnost. Použitý integrovaný obvod dělí kmitočet oscilátoru na mnoho nižších kmitočtů. S několika krystaly v šuplíku si tak můžete připravit "číslicový generátor přesného kmitočtu" za pár korun. Stačí, když si vytvoříte zásobu několika krystalů a v případě potřeby si najdete a spočítáte, jakým číslem by se měl podělit základní kmitočet, aby vyhověl pro váš záměr :-)
Přípravek je velmi jednoduchý a může ho sestavit i začínající elektrotechnik se základními znalostmi číslicové techniky. Všechny použité součástky jsou běžně dostupné a levné. Předpokladem jsou opět alespoň základní teoretické znalosti elektroniky a zvládnutí pájecího postupu. Protože použitý integrovaný obvod je vyroben technologií CMOS, doporučuji především úplným začátečníkům nepoužívat pro jeho pájení klasickou trafopáječku.
| Testované krystaly: | 10 kHz až 50 MHz |
| Napájecí napětí vlastní: | 9 V až 15 V = |
| Napájecí napětí přímé: | 2 V až 6 V = |
| Odběr proudu bez krystalu: | max 20 mA |
| Odběr proudu s krystalem: | max 10 mA |
| Výstupní signál 1: | základní kmitočet krystalu |
| Výstupní signál 2: | kmitočet krystalu / 16 |
| Výstupní signál 3: | kmitočet krystalu / 128 |
| Výstupní signál 4: | kmitočet krystalu / 1024 |
| Výstupní signál 5: | kmitočet krystalu / 16384 |
Na následujícím obrázku je kompletní schéma testeru krystalů.
Základem testeru je číslicový dělič kmitočtu U1. Obvody 4060 z různých technologických řad jsou velmi užitečné při vytváření číslicových signálů v širokém rozsahu kmitočtů. Integrovaný obvod obsahuje vestavěný oscilátor, který po doplnění několika pasivními prvky dokáže pracovat v různých režimech. Široké aplikační pole tohoto obvodu naznačuje i to, že je použitý pro generování dlouhého času v jednoduché nabíječce na těchto stránkách.
Zapojení oscilátoru s krystalem je katalogové. Protože cílem bylo univerzální využití, jak pro krystaly s vysokým kmitočtem, tak pro "nízkofrekvenční hodinkové" krystaly, je nutné zajistit alternativní přepínání 2 odporů v oscilátoru. Zpětnovazební odpor oscilátoru je buď 1 MOhm pro kmitočty nad 1 MHz, nebo 11 MOhmů pro kmitočty pod 1 MHz. Jako druhý se přepíná rezistor, přes který je do obvodu oscilátoru zapojen testovaný krystal. Pro vyšší kmitočty je to pouze 1,5 kOhmu. Parametry krystalů s nízkými kmitočty vyžadují podstatně vyšší hodnotu odporu, proto se do série zapne ještě 470 kOhm.
Při zkouškách různých typů oscilátorů se obvod 74HC4060 ukázal jako nejvhodnější při posouzení z hlediska složitosti, spolehlivosti a funkčnosti. Oscilátor bez krystalu sám nekmitá a lze tak jednoduše detekovat připojený funkční krystal. Na výstupu číslo 4 je zapojený tranzistor, který rozsvítí LED pouze při přítomnosti signálu. Stejnosměrná klidová hodnota je indikována zhasnutou LED.
Integrovaný obvod typu 4060 obsahuje za oscilátorem 14 binárních dělicích stupňů. Některé stupně nejsou vyvedeny na vývody pouzdra, ale zbývající poskytují 10 různých nižších hodnot děleného kmitočtu. V přípravku jsou vyvedeny pouze 4 z nich na výstupní svorky, ale při své konstrukci můžete zvolit libovolné jiné hodnoty.
a) Napájení z devítivoltové baterie nebo stejnosměrného zdroje 9 až 15 V. Toto napájení je vhodné především, když zařízení použijete jako samostatný tester krystalů. Stabilizátor U2 s přídavnými oddělovacími diodami vytvoří 5 V napájení obvodu U1.
b) Napájení z externího zařízení. Pokud tester využijete jako zdroj hodinového signálu pro vyvíjené nebo testované zařízení, pak je vhodnější napájet obvod U1 shodným napětím, jaké má vaše zařízení. Obvod U1 by měl spolehlivě pracovat v rozsahu 2 až 6 V. Při nízkém napětí ale asi nebude kmitat oscilátor s krystalem s vyšší frekvencí. Výhodou jsou automaticky shodné výstupní logické úrovně používané ve vašem zařízení i v testeru. Dioda D6 chrání přípravek proti nesprávně připojenému napájení.
Tester byl vestavěn do plastové krabičky KP38 (nebo také UK19P podle EZK). Pro tuto krabičku je také připraven jednostranný plošný spoj. Stačí obrázek vytisknout v rozlišení 600 dpi. Rozměr je 83 x 62 mm.
Zde je seznam součástek a rozmístění součástek na desce plošného spoje.
Plošný spoj je přichycený ke krabičce pomocí přepínače a jeho matice. Všechny součástky jsou připájeny na straně mědi plošného spoje - není třeba pro ně vrtat díry do plošného spoje. Výjimkou je přepínač SW1 a LED D1, které prochází plošným spojem i krabičkou. Také svorkovnice a připojení krystalu prochází přes krabičku a plošný spoj. Do plošného spoje (a krabičky) je tedy vyvrtaných celkem 10 děr pro součástky.
Konektor pro testovaný krystal byl vyroben použitím 2 dutinek vyloupnutých z precizní patice pro DIL obvody.
a) Připojte tester na vhodné napájení. Pokud použijete napájení přes stabilizátor bude výstupní úroveň logické "1" 5 V.
b) Vložte měřený krystal. Zvolte polohu přepínače podle předpokládaném kmitočtu krystalu. Pokud jeho kmitočet neznáte, zkuste funkci v obou polohách.
c) Při Použití krystalů nad s kmitočtem nad cca 20 MHz počítejte s tím, že budou pravděpodobně kmitat na své základní harmonické (obvykle 1/3, 1/5 atd. udávaného kmitočtu). Např. krystal označený 48 MHz bude nejspíše kmitat na 16 MHz.
d) Funkční krystal je indikován svitem LED a na výstupech se objeví jednotlivé frekvence.
e) Při použití přípravku ve funkci "generátoru" zapojte tester k vašemu obvodu co nejkratšími vodiči.
f) Správně sestavený tester by měl pracovat téměř se všemi krystaly. (Alespoň mně fungovalo vše, co je vidět na obrázku - co bylo k dispozici :-).
Tester si může upravit podle vlastních možností i začátečník.
Zapojení je tak jednoduché, že jej lze pohodlně postavit bez plošného spoje. Můžete jej sestavit bez pájení na kontaktním poli nebo použít páječku a sestavit jej na univerzálním plošném spoji.
Podle svých potřeb si můžete na výstupní svorky vyvést jiné kombinace kmitočtů popř. všechny výstupy z U1.
Kromě typu 74HC4060 můžete použít i typ 74HCT4060. Tato řada má zaručované parametry pro napájení 4,5 V až 5,5 V. V sestaveném vzorku však obvod řady HCT pracoval spolehlivě i při poklesu napětí na 3 V.
Tester je velmi jednoduchý přístroj, který může být užitečný pro začínajícího i zkušeného elektronika. Dvojí použití - jako tester krystalů a jednoduchý generátor číslicového signálu - z něho dělají užitečnou pomůcku, která si po určité době "odpracuje" čas a nevelké náklady obětované jeho výrobě.