Kuna lauasahtlis vedeles peotäis 9MHz kvartse, tekkis tahtmine nendest kaks filtrit ehitada. Kuna mul filtrite ehitamises erilisi kogemusi pole, tuli riiulist raamatud appi võtta. Sedapuhku leidsin abi ARRL HandBook'ist.
Minu lõppeesmärgiks on teha 2 erineva laiusega filtrit. Ideaalis võiks üks olla ~2.5...3kHz lai ning teine ca 3....6kHz. Mitut kvartsi kasutan ühe või teise filtri ehitamiseks, otsustan töö käigus. Teiseks sooviks on filtri sisend ja väljund impedants saada 50 Ohmi peale. Tõenäoliselt kasutan selleks toroid südamikul sobitustrafot.
Kuigi kvartsi sümbol skeemis on hästi lihtne ...
(kvartsi sümbol skeemis)
... siis tegelikus on pisut keerulisem. Selle lihtsa sümboli taga peitub pisut keerukam skeem. Nagu skeemist näha on kvartsis nii paralleel kui ka jada resonants ahel. Sestap on sellel teoreetiliselt mingil sagedusel impedants null (LC jada ahela resonants sagedusel) ning mingil sagedusel impedants lõpmatu (LC paralleel resonants sageduse). Sellest tingituna on ka pisut allpool oleval pildil mõõtmisel saavutatud eeldatav graafiku kuju.
Esimeses etapis pean mõõtma kõik kvartsid ning leidma selle parameetrid. Jadamahtuvuse (Cs), paralleelmahtuvuse (Cp) ning induktiivsuse (Ls). Ma kasutan tunnuse liidesena tähist "s - series", kuid tegelikkuses oleks korrektsem kasutada "m - motional". Kuna mahtuvus, induktiivsus ja takistus on aktuaalsed ainult siis kui kvarts võngub (liigub).
Esimese sammuna mõõdan ära iga kvartsi jada ja paralleel resonants sagedused. Seda saab teha mitmel moel.
Esimene võimalus on kasutada signaaligeneraatorit ja ostsilloskoopi. Kvarts tuleb ühendada jadamisi generaatori ja ostsilloskoobi vahele ning leida sagedus f1, mille juures signaali amplituud on kõige suurem (paralleel resonants sagedus) ning sagedus f2, kus signaali nivoo on kõige väiksem (jada resonants sagedus).
Teine võimalus on kasutada VNA'd. Tänapäeval saab täiesti adekvaatse VNA kätte juba psna mõistliku hinna eest (https://nanorfe.com/), mis kodukasutajale on piisavalt hea.
Kommentaar (09.08.2022): Korrigeerisin eelmises lõigus olevat nanoVNA veebilehe aadressi. Seda tänu toote arendajatel vihjele, kes minu tähelepanu sellele juhtisid. https://nanorfe.com on nanoVNA arendajate originaal (õige) veebileht. Kõik muu on nende disaini odavam koopia, mis esmapilgul (veebilehe aadressi järgi) võib tunudda rohkem originaal, kui originaal ise. Lõpuks on see iga ühe enda südametunnistuse ja rahakoti otsustada, kas osta toimiv originaal toote või odavama koopia. Kas toetad toote arendajaid või teiste töö kopeerijaid.
kolmas võimalus on kasutada spektri analüsaatorit koos sisse ehitatud generaatoriga (tracking generator). Leida selle abil resonants punktid ning teha arvutused. Tõsi, jada resonantsi induktiivsuse ja mahtuvuse leidmiseks tuleb kasutada teadaoleva mahtuvusega kondensaatorit ja see ühendada kvartsiga jadamisi. Mõõtmised tuleb teha siis ilma ja koos jada mahtuvusega. Kuna jadamisi ühendatud kondensaator vähendab jadavõnkeringi mahtuvust, mis omakorda suurendab resonants sagedust ja nihutab punkti 1 all pildil pisut paremale. Kui me teame, kui palju kindla väärtusega mahtuvus meie sagedust nihutas, saame välja arvutada puuduvad parameetrid.
See on meetod, mida plaanin kasutada.
Enne mõõtmisi tegin raamatu juhendusi järgides test seadeldise, mille abil kõiki kvartse võrdsetes tingimustes testida. Kasutan selleks juppi kahepoolset trükkplaati, millele lõikasin noaga vajalikud sooned väljade eraldamiseks. Jadamahtuvuseks valisin raamatu soovitusti järgides 47pF mis hiljem plaadil koos konstruktsiooni mõjuga andis mahtuvuseks 51,3pF. Mahtuvuse sildamiseks on plaadil pisike "jumper".
Selleks, et hiljem oleks ka kvartsid teineteisest eraldatavad, nummerdan kõik kvartsid markeriga.
Spektri analüsaatori abil saan mõõta jada resonants sageduse fs, nihutatud jada resonants sageduse fc ning paralleel resonants sageduse fp. LCR mõõtja abil mõõdan paralleel mahtuvuse Cp. Cx on fikseeritud väärtus ning mõõtmise tulemusel on see 51,3pF. Induktiivsuse Ls saame juba arvutada mõõdetud parameetrite abil.
Ls = 1 / ( 4 * Pi2 * (fc + fs) * (fc - fs) * (Cp + Cx) )
Rs leidmiseks mõõdan kvartsi fs sagedusel signaali nivoo ning seejärel asendan kvartsi 100 Ohm potekaga ja krutin seda seni, kuni aparaat näitab sama signaali nivood, mis oli kvartsiga jada resonants sagedusel. Peale seda mõõdan poteka takistuse.
Cs = 1 / ( 4 * Pi2 * fs2 * Ls )
Q = ( 2 * Pi * fs * Ls ) / Rs
| Kvarts | fs(Hz) | fc (Hz) | fp (Hz) | Cp (pF) | Ls (mH) | Rs (Ω) | Cs (pF) | Q |
| 1 | 9 000 000 | 9 002 533 | 9 018 733 | 6,78 | 9,56 | 4,7 | 0,03270 | 115 072 |
| 2 | 9 000 067 | 9 002 667 | 9 019 400 | 6,95 | 9,29 | 4,8 | 0,03366 | 109 450 |
| 3 | 9 000 000 | 9 002 600 | 9 019 533 | 6,84 | 9,31 | 6,1 | 0,03360 | 86 288 |
| 4 | 9 000 000 | 9 002 533 | 9 018 733 | 7,03 | 9,52 | 5,3 | 0,03284 | 101 608 |
| 5 | 9 000 000 | 9 002 600 | 9 019 800 | 7,02 | 9,28 | 5,9 | 0,03370 | 88 937 |
| 6 | 9 000 000 | 9 002 467 | 9 017 933 | 7,15 | 9,76 | 5,8 | 0,03205 | 95 137 |
| 7 | 9 000 067 | 9 002 667 | 9 019 400 | 7,00 | 9,28 | 4,8 | 0,03369 | 109 356 |
| 8 | 8 999 933 | 9 002 467 | 9 018 400 | 7,04 | 9,52 | 6,1 | 0,03286 | 88 232 |
| 9 | 9 000 000 | 9 002 600 | 9 019 200 | 6,81 | 9,31 | 5,3 | 0,03358 | 99 364 |
| 10 | 9 000 067 | 9 002 667 | 9 019 867 | 6,91 | 9,30 | 6,3 | 0,03364 | 83 448 |
(Rohelisega kuvatud väärtused on arvutuslikud)