ON1BES Labo 2019


Toko en (uurwerk) kristal Tester V2.0

home
  Back to Homepage

  For an English version klik here

  Toko tester ?

Wat is dit ?
Dit artikel beschrijft in het volgende schema een handige tester voor normale HC49 kristallen, maar heeft ook de mogelijkheid om een 32.678kHz uurwerkkristal te testen.
Deze laatste zijn niet zo gemakkelijk te testen vanwege hun hoge inwendige weerstand en hun speciale eigenschappen.
Een uurwerk kristaloscillator vergt speciale nauwkeurige hardware, en die heeft de rare eigenschap, dat de oscillatie pas na enkele seconden zal opstarten.
Met een normale kristal tester zijn deze kristallen meestal niet te testen.
Als de rode controle-LED op het printje brand, is er een oscillatie aanwezig, waarna je ook de resonantie-frequentie kan meten aan de frequentie-uitgang.
Het bijzondere van dit onwerp zit niet enkel in het schema, maar ook in de manier waarop gemeten wordt, en de praktische uitvoering van vooral, hoe de spoeltjes opgenomen worden in de oscillator-schakeling .

1) De kristal tester :

  Klik op de afbeelding voor een grotere versie
Links ziet u de verschillende combinaties in de socket's voor de kristallen.
Het schema voor gewone en uurwerk kristallen:
In het bovenstaande schema ziet u een speciale versie van de Pierce-oscillator. Deze is deels klassiek van opbouw, maar is aangepast om ook uurwerk-kristallen te kunnen testen op aansluiting X2. Uurwerk kristallen moeten hoog-ohmig aangesloten worden, zodat een speciale aanpassing aan het schema nodig is om een 32.768kHz kristal te laten starten.
Het eigenaardige is, dat deze kristallen slechts na een bepaalde tijd opstarten, meestal na 3 6 sec of meer.
Let er op dat exact de onderdelen uit het schema gebruikt worden, anders moet er gexperimenteerd worden met een andere transitor, anders start de kristal-oscillator niet op, ofwel zeer traag >20 sec.
Om ook gewone kristallen te kunnen testen wordt er een omleiding gemaakt om het hoogohmig gedeelte te vermijden. Let op dat enkel op X1, normale kristallen vanaf +/- 1MHz tot 40MHz (op grond-frequentie) kunnen worden getest.
Om de frequentie te kunnen meten, is er een FET buffer met een meet-uitgang voorzien, die de oscillator maar weinig mag belasten.
De oscillator-spanning wordt hierna afgetapt en verdubbeld via de dioden. De verkregen gelijkspanning wordt dan gebufferd en zichtbaar gemaakt met een LED. De drempelspanning van de Schottky dioden is slechts 0,25 Volt, zodat al bij weinig signaal te zien is of de oscillatorkring werkt. Aan de helderheid van de LED kan men ook zien of het kristal goed oscilleerd, of slechts in het randgebied.
Om een kristal in te kunnen prikken, (deze met dunne draadjes) is er op X2 een stukje IC-voet met gedraaide pootjes gebruikt.
Let op dat op de voorgestelde print reeds een veld gemaakt is (Sockets) met de afwijkende pin-steek van Toko spoeltjes. Tenzij met wat verschuiving, zullen normale IC-voetjes met schuine contacten hier niet op passen. In plaats daarvan, kan u enkele PIN-HULSJES gebruiken. Deze worden uit een vrouwelijke IC-Pin header (strip), voorzichtig met een warme soldeerbout uitgeduwd, zodat alleen het hulsje op de print gesoldeerd kan worden. Er zijn op de markt, headers (female pin headers) met wat grotere gaatjes, waar de wat dikkere pinnen van een kristal beter in passen. Op de rechterzijde van de voorbeeld-print is een extra "Socket" veld aanwezig dat moet afgezaagd worden. Op dit afgezaagde stuk worden iets grotere gaatjes geboord, waardoor enkel de hulsjes PRECIES in passen. De soldeer pinnen steken er door, en mogen enkel in de print-gaatjes van het hoofdbord passen. De Socket velden worden precies over elkaar geplaatst, de hulsjes steken door het afgezaagde stukje, zodat deze wat extra steun hebben. Enkel de pinnetjes worden op de hoofd-print vast gesoldeerd. Je kan het extra printje rond de hulsjes na het solderen vastlijmen met 10sec lijm. In het schema zie je de mogelijke combinaties, waar je een kristal kan aansluiten.
Soorten kristallen:
   Soorten kristallen:
   XT-1 : uurwerk kristallen van 32.768kHz en een kramische resonator.    
   XT-2 : normale kristallen en een keramische filter.

2) De Toko spoel tester:

  Klik op de afbeelding voor een grotere versie
Links ziet u de verschillende combinaties in de socket om 10mm of 7mm spoeltjes te plaatsen.
In het schema op plaats T1 ziet u dat er NIET gemeten wordt tussen pin 1-2 of pin 2-3
Deze wikkelingen zijn meestal te klein om een oscillatie te starten.
U kan eerste met een ohm-meter meten of er wel een wikkeling aanwezig is tussen 2 pennen.
Het schema voor Toko spoeltjes:
Het is bekend dat Toko spoeltjes in een metalen behuizing met b.v. een DIP-meter niet goed gemeten kunnen worden . Het opnemen van het spoeltje in een oscillator-schakeling zoals deze, is dan meestal noodzakelijk. De verschillende soorten spoelvormen en pinnen maken het niet gemakkelijk om dit te realiseren, daarom is hiervoor een praktische oplossing uitgewerkt . B.V. een half IC-voetje met schuine contacten wordt "doorgezaagd" om het spoeltje met de meestal niet-compatibele pin-steek te kunnen inprikken. In het schema voor Toko spoelen is een minder bekende oscillator toegepast. Dat is een afgeleide van de Franklin Oscillator. Om een TOKO te kunnen testen op zijn echte resonantiefrequentie, is het nodig om een oscillator te vinden die een parallelkring aanvaard aan zijn ingang.
Die zijn er echter niet zoveel. De meeste oscillators (o.a. Pierce en Colpitts) gebruiken een capaciteit in serie met de te meten spoel, en die zullen anders resoneren met een TOKO, die dikwijls al inwendig een capaciteit parallel heeft staan met de spoel. Bovendien zal een TOKO, die GEEN inwendige capaciteit heeft uit zichzelf al een capaciteit vormen met de spoelwikkelingen, en dat zou de resonantie frequentie ongunsting beinvloeden.
De oscillator in het schema gebruikt een cascade schakeling van 2 FET's met gemeenschappelijke source aansluiting (source volger). Het enige frequentie bepalende onderdeel is dan de TOKO spoel, met of zonder inwendige capaciteit.
(de capaciteit tussen de Gate en de Drain, is enkel voor de terugkoppeling, en moet zo klein mogelijk gehouden worden, en beinvloed zo de oscillatie minimaal)
Dit geeft een betere indicatie om te zien op welk frequentie-gebied de spoel bruikbaar is.
Indien de TOKO (op het zicht) geen zichtbare capaciteit heeft, wordt de spoel eerst gemeten in de kring. Er zal dikwijls al een oscillatie plaatvinden zonder extra bijgevoegde capaciteit. Indien er geen oscillatie is, kan je een extra capaciteit van 33pF bijschakelen met de drukknop. Als er dan oscillatie plaatsvind, en deze gemeten wordt met een frequentiemeter, is dit een referentie waarop de TOKO gebruikt kan worden. Meet daarom de TOKO met en zonder toegevoegde capaciteit en vergelijk de Frequenties.
De oscillatorspanning wordt eerst gebufferd met een FET en daarna afgetapt en verdubbeld. De verkregen gelijkspanning schakeld dan via een transistor een rode LED.
De drempelspanning van de Schottky dioden is slechts 0,25 Volt, zodat al bij weinig signaal te zien is of de oscillatorkring werkt.
Aan de helderheid van de LED kan men al zien of de oscillator-frequentie van de spoel van goede kwaliteit is.
Om het spoeltje te kunnen inprikken, is een stukje afgezaagde ic-voet met schuine contacten gebruikt. Ofwel is op mijn nieuwe print-versie, zoals hierboven een Socket veld gemaakt met op maat gemaakte PIN-afstanden voor grote of kleine Toko's.
Nota 1: aan de hand van de gemeten frequentie kan bepaald worden of een Toko geschikt is voor een middenfrequentie 455kHz of 10.7MHz of een andere MF. Natuurlijk zal de frequentie een beetje afwijken, als de Toko kern minder of meer ingedraaid is.
Nota 2: deze Toko tester zal in 95% van de gevallen werken (oscilleren), als gemeten wordt tussen de uiterste pinnen 1-3 of pin 4-6. De meeste windingen tussen pin 1-2 en pin 2-3 zijn meestal te klein om een oscillatie te bekomen. In dit geval kan eerst de wikkeling met een L-C meter gemeten worden, en de resonantie-frequentie kan b.v. met een "LCF calculator" (in de Download) berekend worden. Als vaste condensator in de kring neem je C9 van 33pF, indien PB2 ingedrukt is.
Voor dit artikel is hier van ongeveer 100 Toko spoeltjes bepaald waar er op de pinnen een wikkeling zit, en vervolgens zijn de wikkelingen gemeten met een L-C Meter (ook te vinden op mijn Website). Zo krijg je een idee over de grootte van de inductie van een wikkeling, en kan je een frequentie gebruiksgebied bepalen: grote inductie-waarde = kleine resonantie-frequentie, en kleine inductie-waarde = grote resonantie-frequentie. Al deze waarden en types van Toko spoeltjes met hun kenmerken kan u hier vinden in een Excel tabel als download. Denk er aan dat lang niet alle Toko spoeltjes een oscillatie of resonantie-frequentie zullen aangeven.
In mijn test van 12 van 100 uitgekozen TOKO spoeltjes, met en zonder inwendige capaciteit lag de gemeten induktie op pin 4-6 tussen 300nH en 1343 mH. Hiervan wilden er ongeveer een 4-tal TOKO's niet oscilleren. Maar met de gemeten induktie en de 33pF capaciteit parallel, kan via de LCF Calculator toch de resonatiefrequentie bepaald worden.

De printen:
Component zijde (meting van een horloge kristal)
Soldeer zijde (opgelet: dit is een oude test-print)
Nieuwe PCB Layout 5x7,5cm
Nieuwe PCB Mask 5x7,5cm (gespiegeld)
  Klik op de afbeelding voor een grotere versie


Het aansluiten van verschillende typen Toko-spoeltjes:
Boven is telkens het spoelvoetje te zien - onder is telkens het spoeltje tijdens de meting.
Opgelet: De foto's zijn van een eerdere, oudere testprint.
FM Coil 1a
FM Coil 2a
VHF Coil 3a
Foto 3
FM Coil 1b FM Coil 2b VHF Coil 3b
Coil 100H Mini Coil Micro Coil
Coil 100H Mini Coil Micro Coil

Het meten van de frequentie met een frequentiemeter en meten van de induktie waarde met een L-C meter:
Resonantie Frequentie meten met Frequentiemeter
Induktie waarde meten met LC meter
  Klik op de afbeelding voor een grotere versie
Hierboven is een wat oudere DFD4 frequentiemeter gebruikt.
De TOKO print op de foto is nog een oude testprint.
De L-C meter (rechts) vind je ook op mijn website.
Downloads :

Printen, Print masker, layout, schemas: toko_test.zip
Software LCF Calculator: LCFcalculator
home mail: on1bes Scarlet.be