E pensiamo anche al filtro CW.
Filtro al Quarzo, banda passante ovviamente 9 Mhz, larghezza vediamo cosa esce…
Per prima cosa caratterizzare i quarzi, ovvero determinale la Fs (frequenza di risonanza serie), Cm (motional capacity dicono gli anglossassoni, la capacità parassita presente in serie in un quarzo reale) solitamente dell’ordine dei fF (femto Farad), Lm (motional inductance), dell’ordine dei nH, e la resistenza serie (speriamo più bassa possibile per avere un Q elevato), ed infine la Cp, ovvero la capacità intrinseca dei tutto quello che sta attorno al cristallo vero proprio, piedini contenitore ecc.
Il progetto richiede quarzi molto simili tra loro e con Q maggiore di 100.000.
Primo problema: Come caratterizzare un quarzo?
Qui la cosa non è banale, e la teoria sottostante neppure, per un pseudoignorante della materia come sono io.
Ci sono dei sistemi “semiautomatici” che usando un nanovna misuranto tutti i parametri sopra… Ma saranno valori che avranno un senso o saranno valori inaffidabili?
E poi: il VNA è un sistema a 50 Ohm, i quarzi normalmente intorno ai 12,5. Come fare l’adattamento di impedenza?
Decido quindi di misurare dei quarzi usando il VNA ed una tecnica consolidata (misura di S21 nel punto di risonanza serie e delle frequenze nei punti con fase + e - 45 °.
Con mia meraviglia vedo che se lo strumento è correttamente calibrato nel range di misura che mi interessa (7 Khz) i valori calcolati manualmente coincidono con quello calcolati “automaticamente”. Buona cosa.
Per l’adattamento di impedenza provo in un paio di modi: ponte P greco resistivo, non utilizzabile perchè ha una attenuazione troppo alta e la gamma dinamica dello strumento non è sufficiente; trasformatore di impedenza 4:1… Ci provo ma mi convince.
Alla fine provo ad ignorare semplicemente il disadattamento di impedenza (e la cosa come vedrò poi ha assolutamente un senso).
Queste le misure effettuate sulla ventina di quarzi che ho in casa:
| Nr | Fs (Hz) | Lm (mH) | Cm (fF) | Rm (Ohm) | Q |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 8.996.684 | 19 | 16,5 | 23,84 | 44769 |
| 2 | 8.996.730 | 19,5 | 16 | 27,48 | 40205 |
| 3 | 8.996.580 | 18,6 | 16,8 | 21,95 | 47972 |
| 4 | 8.996.666 | 19,1 | 16,4 | 21,02 | 51240 |
| 5 | 8.996.750 | 19,9 | 15,7 | 31,74 | 35531 |
| 6 | 8.996.723 | 20,2 | 15,5 | 17,41 | 65721 |
| 7 | 8.996.750 | 20,7 | 15,1 | 20,75 | 56349 |
| 8 | 8.996.702 | 19 | 15,5 | 38,66 | 27722 |
| 9 | 8.996.730 | 19,7 | 15,1 | 17,28 | 64340 |
| 10 | 8.996.709 | 20,2 | 15,5 | 16,58 | 68969 |
| 11 | 8.996.661 | 19,7 | 15,9 | 12,84 | 86626 |
| 12 | 8.996.646 | 19,6 | 16 | 16,59 | 65271 |
| 13 | 8.996.798 | 20,1 | 15,6 | 11,35 | 100185 |
| 14 | 8.996.705 | 19,4 | 16,2 | 15,54 | 70425 |
| 15 | 8.996.647 | 19,6 | 15,9 | 20,46 | 54212 |
| 16 | 8.996.761 | 19,3 | 16,2 | 22,47 | 48642 |
| 17 | 8.996.456 | 19,2 | 16,3 | 23,77 | 45661 |
| 18 | 8.996.855 | 20,2 | 15,5 | 48,37 | 23587 |
| 19 | 8.996.701 | 19,8 | 15,8 | 29,8 | 37572 |
| Media | 8.996.698 | 19,62 | 15,87 | 23,05 | 54.473,63 |
| Min | 8.996.456 | 18,6 | 15,1 | 11,35 | 23587 |
| Max | 8.996.855 | 20,7 | 16,8 | 48,37 | 100185 |
Tutto sommato mi sembra una buona tolleranza in Fs, Lm e Cm (magari escludendo qualche quarzo), ma una Rm assolutamente spropositata ed un Q molto basso. Solo un pezzo supera i 100.000 di Q richiesti dal progetto. Da qui si vede anche come abbia poco senso adattare l’impedenza del sistema di misura: in pochissimi casi Rm è prossima al valore di 12,5 ohm in alcuni casi è ben oltre tre volte)
Che fare? Intanto rimisurare, magari in un diverso modo qualche pezzo per riconfermare le misure.
Poi proverò a fare una simulazione con qualche tool (LTSPICE probabilmente) per vedere cosa ne esce. Temo però di dover acquistare MOLTI altri quarzi.
Anche se banale inserisco lo schema del filtro:
Ogni condensatore va calcolato e adattato sulla base delle misure sopra rilevate.