Изменение частоты кварцевого резонатора при помощи медного купороса

14 июня 2021

Недавно я наткнулся на видео Lowering the frequency of a quartz crystal by electroplating, снятое Phil, M1GWZ. Phil рассказывает, что частоту кварцевого резонатора можно снизить примерно на 100-200 кГц путем меднения его электродов. Таким образом, из обычных кварцев можно получить, например, кварцы на телеграфные участки радиолюбительских диапазонов. Было решено проверить, действительно ли это работает.

Последовательность шагов такая. Берем кварц в корпусе HC-49U и вскрываем его при помощи Dremel’я. Внутри нас ждет примерно следующее:

Что находится внутри кварцевого резонатора

Дотрагиваться руками до кристалла внутри корпуса не допускается. После вскрытия корпуса проверяем, что кварцевый резонатор еще работает, при помощи генератора по схеме G3UUR. Далее готовим раствор медного купороса (пентагидрата сульфата меди, CuSO4·5H2O):

Кварцевый резонатор в водном растворе медного купороса (сульфата меди)

Примечание: Сульфат меди не опаснее хлорного железа. При работе с ним соблюдайте обычные меры предосторожности. Носите защитные очки. При попадании раствора на руки как следует помойте их с мылом.

На 100 мл воды нужно ~12.5 г медного купороса. Вода обычная, из под крана. В соседний сосуд наливаем еще 100 мл воды. На блоке питания ставим напряжение 2 В и ограничение по току 20 мА. Плюс подключаем в кусочку фольгированного стеклотекстолита. Его сразу опускаем в раствор медного купороса. Минус подключаем к обоим электродам кварцевого резонатора.

Опускаем кристалл в раствор на 3-5 секунд. Убеждаемся, что при этом есть ток. По прошествии времени достаем кристалл и ополаскиваем его в чистой воде. Сушим при помощи фена. Помещаем кристалл в генератор и замеряем частоту. Она должна стать меньше номинальной. Повторяем до тех пор, пока не достигнем желаемой частоты, или пока резонатор не выйдет из строя, смотря что произойдет раньше.

Если частота стоит на месте, можно увеличить ток или время пребывания резонатора в растворе. В оригинальном видео Phil рекомендует ток 50 мА и время 30 секунд. Но для моего раствора, блока питания и кварцев пришлось уменьшить время и ток, поскольку кварцы сразу приходили в негодность.

Были использованы кварцы на 7.159 МГц и 12.0 МГц. Их частота уменьшалась до тех пор, пока генератор не переставал стартовать при питании от 9 В. При увеличении напряжения до 13.8 В генератор все еще стартовал. Частоту кварца на 7.159 МГц удалось уменьшить до 7.092 МГц (-67 кГц), а на 12.0 МГц — до 11.878 МГц (-122 кГц).

Интересно, что при этом происходит с параметрами кварцевого резонатора. Для кварца на 12.0 МГц было:

C0 = 2.5 pF
Lm = 18.183 mH
Cm = 9.678 fF
Rm = 11.3 Ohm
Q = 120_000

… и стало:

C0 = 2.5 pF
Lm = 18.387 mH
Cm = 9.767 fF
Rm = 100 Ohm
Q = 13_700

Расплачиваться за изменение частоты приходится добротностью резонатора. Если добротность кварца изначально была невысока, то сильно изменить частоту не выйдет. В остальном же методика прекрасно работает.

Метки: .