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天然水晶を発振させる試み、失敗のまとめ

 天然水晶の結晶を発振させる試みですが、その後もう少し条件を変えてやってみたのですが、結局発振させることは出来ませんでした。こうやったけどうまくいきませんでした、ということを記録することも意味があると思うので、記事にしておきます。

▼実験の様子
天然水晶に電極を付けて発振を試みる
 天然水晶の結晶面に銅箔テープを貼りつけて発振を試みました。なお、あちこちの面に電極を貼り付けて試しました。

▼回路図
水晶発振回路
 前の記事ではC1,C2を省略していましたが、やはりC1,C2があった方が発振し易いです。ということで、この回路図の状態で実験を行いました。なお、アンバファタイプの74HCU04も手持ちがあったので試したのですが、これを使うと発振しにくい感じになったので以下の実験は全て74HC04で行っています。74HC04はゲインが猛烈に高いので、隙あらば発振!という感じでした。

▼発振の確認
発振確認
 発振しているかどうかの確認はまずはオシロの波形を見て行います。でも回路の浮遊インダクタンスだけでも発振してしまうので、本当に水晶の共振周波数でロックして発振しているか、波形だけ見たのでは判断が難しいです。そこで、

▼周波数カウンタで周波数安定度を確認
周波数測定
 回路に手を近づけた時に周波数が変化しないか確認しました。本当に水晶の共振で発振しているなら上位4ケタくらいの値はビクともしないはずです。

 こういう仕掛けでいろいろ試したのですが結局だめでした。電極の貼り付け方をいろいろ変えても周波数がフラフラと動きます。つまり、水晶発振器としての動作を確認することは出来ませんでした。

▼圧電効果を確認
圧電効果を確認
 コメントでアドバイス頂いた圧電効果を見てみました。この写真のように電極を付けて水晶の結晶部分をコツンと金属棒で叩いて、圧電効果による電圧発生の検出を試みました。パルス検出にはオシロのトリガを使ったので見逃しは無いと思いますが、圧電効果による電圧の検出は出来ませんでした。

 こうなると万策尽きた感じなので、この実験はこのへんでおしまいにします。

◆よもやま話
 私がアマチュア無線を始めた頃の水晶はFT243型がよく使われていました。当時先輩から聞いた話では、水晶の周波数を上げるには、FT243を分解して中の水晶を研磨して薄くするのだそうです。(FT243はネジを外すと中の水晶板を取り出すことが出来ます)

 もし研磨しすぎて周波数が高くなっちゃった時は、赤チンを点々と塗るのだそうです。赤チンを塗るとその重さの分だけ共振周波数が下がるので、周波数調整が出来るという話でした。赤チンを塗る時水晶に、「痛かったろう・・、」と語りかけるのが作法だと言ってましたが、この話は本当だろうか。

【追記 2017/2/7】
 やまねこさんのツイッターによると水晶叩いて数ボルトの電圧出てます。やっぱり私のやり方が悪いのか、、
 鉄電気石水晶
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No title

水晶振動子はZ軸(結晶の長手方向)に対する切断角度が適切でないと振動しないと思います。
例えばATカットであれば約35度、ATカットの場合は厚み滑り振動というモードなので周波数は水晶板の厚みに反比例します。
1mm厚で1.67MHz位だったか、既に忘れてしまっています…

振動子が厚い場合はCI(共振インピーダンス、水晶振動子は直列共振で発振します)が高くなるので、それなりのドライブパワーがないと発振が成立しなくなってしまいます。

ちなみに電極も水晶振動子の厚さ的作用をします。

ほりこしさん、おはようございます

コメントありがとうございます。

指摘いただいた話は理解しているつもりだったのですが、客観的な目で見て指摘していただくと、参考になります。

この実験ではZ軸に直角方向に電極を付けていますが、これATカットの35度が90度になったようなものなので、発振するのではないか期待してました。
自然結晶は外から見たエネルギーが最小状態になっている気がするので、カットしないとダメなのかも知れません。

あと、ドライブパワーの件ですが、あらためて楢ノ木技研さんの回路図を見ると、電源電圧12Vでやられていました。パワーを上げるために電源電圧を高くされているのかも知れません。ちなみに私の実験は5Vでやってます。

No title

はじめまして

圧電効果は、結晶構造の変位による分極が原因なので
結晶が厚くなると同じ圧力でも変位が小さくなり、現象確認
が難しいのかも?(前のコメントと同じことを言っていますね)

よくある実験ですが、暗い場所で水晶どうしを擦り合わせて
発光現象を確認すれば水晶が本物であるのか?と圧電効果
の確認ができると思いますが。

ttps://nisimoto.wordpress.com/2016/10/17/%E5%9C%A7%E9%9B%BB%E5%8A%B9%E6%9E%9C%E3%81%AB%E3%82%88%E3%82%8B%E7%9F%B3%E8%8B%B1%E3%81%AE%E7%99%BA%E5%85%89%E5%AE%9F%E9%A8%93/

シンボルさんおはようございます

アドバイスありがとうございます。

石英の入った石をこすると発光するのは承知しているのですが、水晶の結晶でやるのはちょっともったいないので、躊躇してます。角を欠いてカケラでやればよさそうではあります。

あと、Webを見ると、この記事と同じように水晶の結晶を叩いて、数ボルトの圧電効果を検出している事例もあったので、私のやり方が悪いのかも知れません。

追記

水晶を叩いて発生する電圧をオシロで見た事例をのURLを見つけたので、本文末尾に追加しておきました。

自分用のメモを兼ねていますが、やまねこさんのツイッターの写真ではP-Pで4.86Vも出てます。
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