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2015年11月26日木曜日

【測定】Quartz Crystal Test Fixture

【測定:水晶発振子のテスト治具】
テスト治具の回路図
 水晶発振子or水晶振動子のテストには標準のテスト治具があって、ごく一般的に使用されている。 50Ωの入出力インピーダンスを12.5Ωに変換して、その12.5Ωのところに水晶発振子/振動子を装着して測定する。 従って、水晶は12.5+12.5=25(Ω)の負荷インピーダンスで測定されることになる。これはIECの標準測定回路だったはず。

 図の回路は、E24系列の抵抗器を使って測定治具を実現している一例である。おそらくメーカーでは専用の抵抗器を特注しているに違いない。しかし手作りで数台作るにはとてもそこまでできないので市販の抵抗器の組み合わせで間に合わせる必要がある。

 抵抗器は理想を言えばノンカット型のRF用がベストであるが、用途をHF帯(〜30MHz)に限るとすればごく普通の表面実装用のチップ型を使えば十分だ。誤差はできたら1%が良いが5%のものを多数購入して実測のうえ選別するのが現実的だろう。 あまりパワーは入れないので1608サイズで良いと思う。もちろん2012サイズでも3216サイズでも大丈夫だ。

部品表
(1)抵抗器:2.2Ω、4.7Ω、12Ω、39Ω、62Ω、120Ω・・・各2本
(2)コネクタ:BNC型、あるいはSMA型・・・2個
(3)プリント基板:FR4材両面生基板・・・適宜寸法(t=1mmなど)
(4)ソケット:HC-49/U型水晶発振子に適合するもの。要耐久性。・・・1個

 本格的にやるなら、プリント基板を起こしてラインインピーダンスを合わせてやれば良いのだが、簡単な回路だから手貼りでパターンを直接描いても良さそうだ。 配線は短かめに、なおかつストレー容量が大きくならないように考慮する。 水晶を挿入するソケットが一番の問題かもしれない。あまり安っぽいものを使うと耐久性が無くて困ることになる。

参考:この12.5Ω 測定治具を実際に製作しクリスタル・インピーダンス・メータ(CIメータ)で使用した経緯を纏めた別のBlogがあります。→続編へリンク

                   ☆

 まったくの自家用メモである。ラダー型クリスタル・フィルタの製作には直接的な関係はない。治具として製作すべき物と言う訳ではない。 こうした製作情報はあまりネット上に無いのでメモとして書いておいた。プロはメーカー製の専用治具を購入してしまうので、自作などしないからだろう。アマチュアでもお金持ちは購入すれば良かろう。 特に製作をお奨めするような内容ではないので、水晶の測定に興味がなければささっと素通りされるのが良い。入出力インピーダンスが50ΩのTG付きスペアナやVNA等が前提の治具だ。de JA9TTT/1

(おわり)

10 件のコメント:

jn3xby@岩永 さんのコメント...

TTT加藤さん、こんばんは。
以前にも紹介していただいたXTALの特性測定の記事の中にもこのテスト用冶具が載っていましたね。しかし、わざわざ12.5Ωに変換しなくても大丈夫そうと言うことでしたが、やはりちゃんと測定しようとした場合には自作でも1台は作っておいたほうがいいのでしょうか?
当局の場合はE12系列でしか持ち合わせがないので、抵抗は専用で調達が必要ですが。
しかし、なぜ12.5Ωなんでしょうか?モーショナルインピーダンスに近い値にすることでいいことがあるのでしょうか?よくわかっていないので質問ばかりですみません。

TTT/hiro さんのコメント...

JN3XBY/1 岩永さん、こんばんは。 急に真冬のようになりましたね!

さっそくのコメント有り難うございます。
> 記事の中にもこのテスト用冶具が・・・
そうでした。(笑) 標準測定回路として昔っから使われている回路です。理由は考えたことがありませんが、測定し易いように考えてあるのでしょうね。

> 自作でも1台は作っておいたほうが・・・
以前、作ったのですが、どうも有用性が感じられないため改造して50Ωにしてしまったのでした。 測定器がそれを前提にしているなら別ですが、多くの場合50Ω治具でも支障ないように感じます。しかし、改めて作る必要が生じてきた感じですね。(笑)

> 質問ばかりですみません
ちゃんと答えられなくてすみません。さきに謝っておきます。(笑) 低インピーダンス治具の方がRmは精度よく測定しやすい傾向にあると思います。 Rmは小さいことが多いので、そう言うことなんでしょうかね。hi hi

最近の超小型水晶ではもっと高いインピーダンスの治具を使うらしいです。

JR2FNK さんのコメント...

加藤さん

おはようございます。
鶴田です。

以前加藤さんの記事を見て、冶具を作ってみました。
水晶振動子に周波数表記がされていない物を持っていたので、掲載されていた発振周波数を調べる測定回路も製作しました。

このようなアダプタがあると大変便利です。
製作記事を書いていただいてありがとうございます。

TTT/hiro さんのコメント...

JR2FNK 鶴田さん、おはようございます。

コメント有り難うございます!
> 記事を見て、冶具を作ってみました。
そうでしたか! 参考にして頂けて良かったです。

> 発振周波数を調べる測定回路も製作しました。
製作されたプリント基板を分けて頂いたのを思いまだしました。(すみません、まだ死蔵しています・笑)

> このようなアダプタがあると大変便利です。
有用性をご理解頂き有り難うございます。 上手に基板化するとFBなのですが、ソケット部分が少々難しいかも知れませんね。

鶴田さんにお願いした8素子クリスタルフィルタ用基板ですが、さっそく試用してみました。 たいへんFBなSSBフィルタができ上がっています。周波数は12.8MHzです。 いずれBlogでもご紹介したいと思っていますのお楽しみに。

JR2FNK さんのコメント...

加藤さん

鶴田です。

ご返信ありがとうございます。

製作した水晶の冶具ですが、何も考えずに描いたパターンで基板化してみました。
ストリップラインなど良く分かっていない部分があるので、またアイボールの際は
色々とご意見をお聞かせください。

ソケット部分は、加藤さんの製作例のコネクタは高価で購入できなかったので、
以下の商品で代用しました。

MILL-MAX
https://www.mill-max.com/products/socket/917-XX-XXX-41-005000

水晶振動子の発振周波数を測定する基板は、何枚か余りがあります。
懇親会の際は、お持ちしたいと思います。

8極のSSBフィルタですが、うまくできて良かったです。

APB-1がありますので、測定したいと思っていますが、なかなか先に進めないで
いる状況です。

来年の目標にしたいと思います。

それでは、また!

鶴田

TTT/hiro さんのコメント...

JR2FNK 鶴田さん、こんばんは。

コメント有り難うございます。
> 製作した水晶の冶具ですが・・・
そうでしたか! 基板化されていたんですね。 こんどぜひ拝見させて下さいね。

> ソケット部分は・・・
MAC8あたりに良さそうな物がありそうです。 ほか、本格的な物となるとヒロセあたりになるのですが、少量での入手は難しそうですね。 こんど秋葉原で適当そうな物を探してみましょう。

> 懇親会の際は、お持ちしたいと思います。
私は頂いておりますので、他のお方が欲しいかも知れませんね。 製作例もお持ちになると良いですよ。

> 8極のSSBフィルタですが・・・
なかなか良い出来で、私自身ビックリです。 見たら基板の希望者も増えそうですね。現状まだ余っています。(爆)

> APB-1がありますので・・・
多目的のヤツですね。 ぜひ活用してフィルタ製作をお楽しみください。

> 来年の目標にしたいと思います。
来年ももうすぐですね。 そろそろ年越しの準備を始めたいと思っています。 来年も懇親会で宜しくです。

JR2FNK さんのコメント...

加藤さん

こんばんは、鶴田です。
ご返信が遅くなり済みません。

>そうでしたか! 基板化されていたんですね。 こんどぜひ拝見させて下さいね。

基板作りに目覚めて、露光時間のデータを取るために作ってみました。
どうせ作るなら、VNAに直接接続できるような冶具を設計してみたいです。
VNAのRFの入力、出力の間隔は、各社ともにバラバラなのでしょうか?。
加藤さんのVNAの間隔に合わせて設計してみますか!(笑)。

>MAC8あたりに...

そうなんですか!
たまたま、カタログを入手しましたので、調べてみます。

>私は頂いておりますので、他のお方が欲しいかも知れませんね。 製作例もお持ちになると良いですよ。

数枚余りがありますので、来年の新年会?には持参しますね。

>なかなか良い出来で、私自身ビックリです。

対称的な基板ですので、比較的書くのは楽だったのですが、性能と言う部分ではわからないので
心配していました。色々と教えて頂いてありがとうございます。

>多目的のヤツですね。 ぜひ活用してフィルタ製作をお楽しみください。

はい、ケース加工で頓挫したままですが、年明けにはまとめてみたいと思いますが・・・です。

>来年ももうすぐですね。 そろそろ年越しの準備を始めたいと思っています。 来年も懇親会で宜しくです。

そうですね。

今年もあっと言う間に過ぎてしまいました。
来年こそは、消化不良の部分を克服できればと思います。

今年はいろいろとありがとうございました。
また来年もよろしくお願いいたします。

TTT/hiro さんのコメント...

JR2FNK 鶴田さん、こんばんは。

再々のコメントどうも有り難うございます。
> 性能と言う部分ではわからないので心配していました。
私も幾らか心配はしていたんですが、とても良い結果に驚いたほどです。(笑)

基板に押し込んで作った感じなので、どうしても性能の劣化はある筈なのです。実際に作ってみたら基板化による劣化が殆ど無くて良かったです。
次回かその次あたりのBlogで詳しく扱えればと思っています。ご期待ください。

T.Takahashi JE6LVE/JP3AEL さんのコメント...

こんばんは。

以前Cメーターを作成したときからパーツ測定用のソケットを探していたのですが、
今回ちょっと真剣に探してみました。

マックエイトのトランジスタソケットなど良さそうなのですが@5k円近くするので
困ったときの中華サイトで@$4ほどの怪しげなソケットを見つけ出し注文しています。
届きましたらまたレポさせて頂きます。

いつもの様に安物買いの銭失いになりそうな感じですが^^;

TTT/hiro さんのコメント...

JE6LVE/JP3AEL 高橋さん、おはようございます。

コメント有り難うございます。
> パーツ測定用のソケットを探していた・・・
測定器の場合、繰り返し抜き差しをおこなうので普通のソケットでは耐久性が足りませんからね。ソケットなら何でも良いとは行かないので難しいですよね。

> 中華サイトで@$4ほどの怪しげなソケットを・・・
たぶん、半導体テスト用のソケットでしょうね。 中国でも半導体は盛んに生産されていますので、彼ら自身が使用する目的で量産しているのでしょう。目的が同じなら、それなりの耐久性は備えているのではないでしょうか?

入手されましたら、レポート宜しくお願い致します。