振動音と発振するまでの様子を体感出来る理科学教材です。
理科、物理、電気、電子、通信工学などに携わっている方に利用して頂きたいと願っています。
は じ め に
水晶発振子( 水晶振動子 )はアマチュア無線家や電子工作ファンにとっても身近な物の一つだと思います。
HC6/u HC13/u HC18/u FT-243などの呼び名で、外観も大きな物から小さな物までありますね。
今回、初めて目にする方も多いと思いますが、ガラス管に封入された可聴周波数帯の振動子です。
一見するとMT管、GT管の真空管と同じです。 でも真空管では無いのでプレートやフィラメントはありません。
※人の聴力は20kHz程度まで聞こえるとされていますが、加齢などで10kHzでも聞こえない場合もあります。
いろんな水晶振動子たち
今から10数年前にガラス管に入った10kHz振動子を手に入れ、発振回路を製作した事から始まります。
C-MOS-IC(TC4069UBP)で簡単な回路を組み、オシロスコープで出力波形を確認しようと机に置いたままにしていました。
机に背を向けて他の測定作業をしていたら、耳鳴りがしました。 体調が悪くなったのかな？と思いながら肩を動かしたり
首を左右に振るとキーンと言う音が大きくなったり小さくなったり・・・
あれ？これは耳鳴りではないのかと振り返り机の上を見ると、発振回路が目に入りました。
もしやと思い水晶振動子に耳を近づけると、そこからキーンと音がしています。
可聴周波数帯の水晶振動子から振動音が聞こえるのが確認出来た瞬間でした。
振動音を体感するのが主目的なので、出力波形や精度については考慮していません。
可聴周波数帯の物は数十年前に製造終了になっており、入手が困難な絶滅危惧電子部品になっています。
水晶振動子メーカーは振動音を出す物を製造したのでは無いので、全てが大きな音ではありません。
製造メーカーによっても異なるので、音の大小は運に任せるしかありません。
※振動音が聞こえる物を選別していますので、限定数量になっています。
10kHz振動音テストセットの主な特徴は
電源を入れる前に、水晶振動子の構造を目で確認できます。 両側の電極に電圧を加えて発振させています。
1、電源を投入すると電源ランプと振動子ソケットに埋め込んだイルミネーションLEDの色彩が自動的に変化します。
2、数十秒後経過すると10kHzの振動音が聞こえます。
※発振するまでの過程はオシロスコープで観測できます。
3、電源を切断しても、振動音が徐々に減衰する現象が確認できます。
4、机の上に置いても違和感が無いケースに入れています。
※ 約50年前に製造したロシア( 旧ソ連時代の )製の希少な水晶振動子を採用しています。
電源投入直後の出力波形
電源投入10秒ほど経過した出力波形 まだ変化は見られない
電源投入20秒ほど経過した出力波形 いよいよ発振を開始！
電源投入30秒ほど経過した出力波形 徐々に振幅が大きくなり、振動音が微かに聞こえ始める
電源投入35 - 40秒ほど経過した出力波形 最大出力になると振動音も大きく聞こえる
※10kHz水晶振動子は、発振開始までの時間と出力電圧にばらつきがあります。
また、振動音についても一定音量ではなくふらつく場合があります。
動画はここをクリックしてください。
一般的な発振器は電源投入と同時に出力が得られますが、このテストセットはオシロスコープを併用すると発振するまでの過程が観測できます。
直ぐに発振してしまうと面白みが無いので、時間を掛けて徐々に発振状態になる( 出力波形が大きくなる )と同時に
発振音も徐々に大きくなり安定するまでの様子が観測できる。
また、電源を切断すると徐々に振動音が減衰し音が聞こえなくなるのも体感出来る。
これが水晶振動子であるという実験が出来ます。
※体験者によっては10kHzの振動音が聞こえない場合もあるので、オシロスコープを併用して
目でも動作を確認出来る方法を採ると、より理解が深まるのではないでしょうか。
最 後 に
最新の部品や技術を追いかけるのも良いですが、忘れ去られようとする古い部品の新しい使い方を考えるのも良いと思います。
アマチュア無線を長く楽しんでいる人に見せても、外観が真空管の様な水晶振動子は初めて見たと言う人は多いです。
ましてや振動音を聴いた経験がある人は極めて少ないと思います。
水晶振動子の動作を学ぶ理科学教材として利用するのはいかがでしょう。
完 成 品 外 観 例
※ 左端のデジタル・テスター、オシロスコープ観測用出力端子の形状が変わります。
※ これはサンプル製作例なので、右端のお茶の水博士はセットに含まれていません。
納期は入金確認後に製作を開始し、約1週間程度掛かります。
現在、水晶振動子の周波数は10kHzのみになります。
10kHz発振と振動音の両方を確認できます。 \39,800 送料別 ゆうパック80サイズで全国発送します。 3台のみ
※9.5kHz水晶振動子は同価格で用意が出来ます。 こちらは1台のみです。
セット内容
10kHz水晶振動子体験セット ACアダプター 簡単な説明書
※ 必要に応じ、デジタル・テスター、周波数カウンター、オシロスコープ等は別途ご用意ください。
※ 簡易回路のため、出力電圧が変動します。 振動音も多少増減します。
※ 教育機関から直接のご注文については、割引価格を設定していますのでお問合せください。
※ 長時間、電源を入れておくのはお勧めしません。
※ 注文時の指定事項について
下記内容のシールを貼付しますが、XXXXの部分に所有者の名前などを追加できます。
15字以内程度で指定してください。
可聴周波数帯10kHz水晶振動子 体験セット XXXXXXXXXX
●電源投入後にLEDが点滅し、数十秒後に10kHzの振動音が聞こえます。
●電源を切断しても、振動音が徐々に減衰する現象を確認出来ます。
●加齢により10kHzの振動音が聞こえない場合もあります。
●オシロスコープを併用して発振の様子がより分かりやすく確認が出来ます。
2023年6月2日より販売開始します。
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9kHz基本部品セット と 完成品
詳しくは、ここをクリックしてください。