Deze website maakt gebruik van zogeheten cookies. Klik op [OK] om deze melding te verbergen.
Klik hier om meer informatie te lezen over de gebruikte cookies.
De meeste elektronica hobbyisten desolderen kristallen uit oude/afgedankte apparatuur. Zo heb ik ook een bakje met diverse kristallen. Niet alle kristallen hebben een opdruk en sommige hebben de harmonische op de behuizing staan in plaats van de grondfrequentie. Vandaar dat het handig is om een kristaltester te hebben. Zo kan de zuiverheid van het signaal met een scoop worden bekeken en ook met een frequentieteller de frequentie worden bepaald. In dit artikel staat een eenvoudige schakeling beschreven evenals mijn project van het inbouwen in een behuizing.
schakeling
De schakeling is relatief eenvoudig. Er zijn meerdere varianten te vinden. Ik heb de variant gebruikt zoals Alan; W2AEW deze bescheven heeft in een Youtube video.
De schakeling zoals deze toegepast is als volgt:
Doordat er een gelijkspanning op het kristal wordt gezet, gaat het kristal oscilleren en daarmee ontstaat er een verschil in weerstand/stroom door het kristal. Dit kleine signaal wordt in een 2N2222 transistor ingevoerd en om dat signaal verder te versterken in een tweede 2N2222 transistor nog verder versterkt. Via een 10nF condensator wordt het signaal ontkoppeld zodat er geen gelijkspanning component meer op de sinus aanwezig is. Dit uitgangssignaal is de sinus in de grondfrequentie van het kristal.
print maken en testen
Omdat ik het geheel in een kleine behuizing wilde monteren heb ik eerst een behuizing opgezocht en een passende print maat gekozen zodat de print mooi in de behuizing past. Op deze print is met pen de schakeling overgenomen en de sporen zijn met een hand frees uitgefreesd. Het is goedkoop, eenvoudig en snel genoeg dat je meteen door kan met het bouwen. De componenten zijn op de print gesoldeerd en het signaal is op de scoop bekeken. Het resultaat werkt naar behoren.
mechanica
Het leek mij praktisch om een universeel voetje te maken voor de kristallen. Solderen en losse draden met klemmen leek mij niet erg praktisch. Daarom heb ik een IC voet in tweeën gezaagd en met een vijl bewerkt totdat er een enkele rij met pennen is ontstaan. Eén pen is de massa en de overige andere pennen zijn met elkaar verbonden en is het actieve contact. Er is een eenvoudig printplaatje in elkaar geflanst zodat er twee draden aan de sporen kunnen worden gesoldeerd en het voetje door het paneeltje past. Zo kunnen kristalen met diverse pen afstanden op de universele voet worden geplaatst. De rest spreekt redelijk voor zich. De BNC connector is op het dekseltje geplaatst en een DC connector is op de print geplaatst zodat de DC stekker door de deksel in de DC connector past.
Het samenbouwen is gelukkig eenvoudig. Een paar draden verbinden de prints en BNC connector met elkaar. Omdat het voor een test apparaatje is, is geen afgeschermde kabel gebruikt.
testen
Voedingsspanning er op, kristal er op en er komt een signaal uit. Het signaal is sterk genoeg dat het een frequentieteller kan sturen. Op een scoop is het signaal ook voldoende sterk dat er geen sprake is van merkbare ruis. Het valt op dat het ene kristal een mooie sinus afgeeft en een ander kristal toch een licht vervormd signaal. Dit is een eigenschap van het toegepaste kristal en mooi zichtbaar op het beeldscherm van een scoop.
meten
Alle kristallen uit het voorraad doosje zijn getest en gemeten. Iets dat opgevallen is, is dat een vermeend 24MHz kristal volgens de opdruk maar een signaal van 8MHz afgeeft. 8MHz is de werkelijke frequentie van het kristal, maar de 3e harmonische is 24MHz. Waarschijnlijk is in het oorspronkelijke apparaat een filter toegepast dat de 3e harmonische door heeft gelaten en daarna versterkt is zodat het gewenste signaal is verkregen. Op de spectrum analyser zijn de harmonischen uiteraard ook goed zichtbaar te krijgen. Vaak kan van de grondfrequentie van een kristal een vermenigvuldiging worden gebruikt als signaal; dus de grondfrequentie maal twee, drie, vier enzovoort. Houdt er rekening mee dat de signaalsterkte afneemt naar mate de frequentie van de harmonische verder van de grondfrequentie vandaan raakt. Vertrouw dus niet blind op de opdruk van een kristal, maar meet het kristal met de tester door om de werkelijke grondfrequentie te kunnen bepalen.
Hieronder staat het resultaat van een 12MHz kristal. Duidelijk is dat deze naast de frequentie staat en in een schakeling met een instel condensator moet worden gecompenseerd zodat de gewenste frequentie kan worden bereikt.
eindresultaat
Het eindresultaat staat hieronder afgebeeld. Met een stekker voeding wordt er 12VDC aangevoerd waarop de tester werkt. Door er een kristal in te drukken komt er uit de BNC connector aan de achterkant een signaal dat bekeken of gemeten kan worden met respectievelijk een scoop of een frequentieteller. Alles bij elkaar kost de tester vrij weinig en is eigenlijk van "junkbox" componenten te bouwen. Er is ook nog een sticker opgemaakt op de computer en op schaal geprint. Zo zijn de aansluitingen duidelijk herkenbaar en het staat ook nog netter.
harmonischen zichtbaar maken
Toen de kristaltester afgerond is, zijn er een aantal experimenten gestart. Er zijn een aantal kristallen uit de rommel bak getest. Drie spectrum analyses van kristallen welke getest zijn staan hieronder weergegven. Het zijn drie kristallen van reslectievelijk 8MHz (24MHz volgens opdruk...), 12MHz en 44,545MHz.
Het valt op dat het aantal harmonischen verschilt per frequentie. Op basis van de drie metingen lijkt het erop dat de grondfrequentie voornamelijk van invloed is op het aantal harmonischen. Hoe lager de grondfrequentie, des te meer harmonischen er zichtbaar zijn. Ook lijkt het er sterk op dat boven 60MHz boven de grondfrequentie de harmonischen bijna wegvallen in de ruis. Om ondanks het beperkte aantal kristallen een bevestigende test te doen zijn de drie beschikbare 12MHz kristallen over elkaar geplot. Hieruit blijkt dat de karakteristieken elkaar overlappen. Het aantal harmonischen komt bij de drie 12MHz kristallen overeen. Er is een klein verschil in signaalsterkte zichtbaar, maar dat is niet noemenswaardig en weinig van invloed op de test. Het aantal harmonischen wordt dus weinig bepaald door de constructie van het kristal zelf, maar meerendeel door de grondfrequentie. Aannemelijk is het dat een 1,8MHz kristal daarmee nuttig kan zijn om een ontvanger eenvoudig te testen. De grondfrequentie valt in de 160m band, de verdubbeling is 3,6MHz (80m), 7,2MHz (40m), 14,4MHz (20m) en 28,8MHz (10m). Zo kan een ontvanger getest worden of de betreffende band werkt. Afijn, zo zijn er legio voorbeelden te verzinnen. Er zijn zelfs zendontvangers die niet op de grondfrequentie van de kristallen werken, maar op één van de overtonen/harmonischen. Dan wordt bijvoorbeeld de derde harmonische van de grondfrequentie gebruikt door de omliggende signalen weg te filteren met bijvoorbeeld een band doorlaat filter (Band Pass Filter). Dus als je aan het experimenteren bent en je hebt niet de gewenste frequentie direct beschikbaar, mogelijk kan je een overtoon van een ander kristal gebruiken...
temperatuurinvloed op krist zichtbaar gemaakt
Na afronden van het oorspronkelijke artikel ben ik toch weer aan het experimenteren gegaan. Ik was beniewd naar de harmonischen van kristal signalen. (De resultaten van de harmonische testen zijn hierboven beschreven.) Toen ik het 8MHz kristal vast pakte om deze uit de houder te nemen was ik even in gedachten verzonken en ik hoorde de SSB HF ontvanger, dat op 16MHHz afgestemd was, dat de toon drastisch veranderde. Ofwel, de frequentie verliep toen ik het kristal vast pakte. Het mag duidelijk zijn dat dit komt door de warmte van mijn hand. Hierop ben ik geïnteresseerd geraakt naar het effect van de temperatuur. Ik heb de spectrum analyser ingesteld en één meting van de grondfrequentie op 8MHz zichtbaar gemaakt. Bij de tweede meting heb ik het kristal verwarmd met mijn hand totdat de toon van de ontvanger niet meer veranderde ofwel het kristal bij de temperatuur stabiliseerde. Om het tegenovergestelde van warmte te simuleren heb ik een vork in de diepvries gelegd en even later de koude vork tegen het kristal gehouden. (Ja, een vork uit de diepvries...) En zoals verwacht steeg de frequentie duidelijk. Hiervan is wederom een registratie gemaakt. Hierboven zijn de effecten goed zichtbaar op de horizontale frequentie as. Het verloop is met een paar seconden al meer dan 100Hz! Dat is veel meer dan ik had verwacht. Hiermee is ook aangetoond dat een kristaloven absoluut geen luxe is voor precisie instrumenten...
