کریستال یک قطعه الکترونیکی مهم است که وظیفه آن تولید سیگنال‌های الکترونیکی خاص و دقیق می‌باشد. این قطعه در اکثر بردهای الکترونیکی دارای میکروکنترلر همچون آی‌سی‌های حافظه به کار می‌رود. برای مونتاژ و لحیم کردن کریستال باید دقت زیادی کرده و آن را به خوبی در محل مورد نظر نصب کرد. در ادامه مطلب با قطعه کریستال بیشتر آشنا شده و به نحوه مونتاژ و لحیم کردن کریستال ساعت اشاره خواهیم داشت.
کریستال و نقش آن در مدار
کریستال از یک ماده معدنی به نام کریستال کوارتز ساخته می‌شود. زمانی که به این قطعه ولتاژ اعمال شود، با یک فرکانس خاصی به ارتعاش درآمده و سیگنال الکتریکی را به نوسانات مکانیکی در داخل خود تبدیل می‌نماید. از آنجایی هم که لرزش‌ها یا تغییر شکل‌ها بسیار دقیق است، سیگنال الکتریکی با فرکانس بسیار دقیقی ایجاد می‌شود. به طور خلاصه کریستال یک قطعه الکترونیکی است که وظیفه تولید سیگنال الکترونیکی با فرکانس دقیق را بر عهده دارد.
در خصوص نقش کریستال در مدار باید اشاره کنیم که اکثر بردهای الکترونیکی دارای میکروکنترلر، از کریستال برخوردار هستند. به طور کلی هر میکروکنترلر برای کار به یک منبع کلاک نیاز دارد. برای همین کریستال به عنوان پالس ساعت شناخته می‌شود و سبب تولید یک نوسان خاص در مدار می‌شود. کریستال به نوعی قلب مدار یا زمان مدار است و طبق این زمان تمام عملیات‌ها انجام می‌شود.
ساختار داخلی کریستال
اگر قطعه کریستال را با دقت بررسی کنید، متوجه می‌شوید که ماده شفاف کریستال کوارتز بین دو صفحه فلزی وجود دارد. با اعمال ولتاژ به آن، کریستال کوارتز داخلی تغییر شکل داده و به ارتعاش درمی‌آید. کریستال غالبا دارای دو پایه است که در مدار اسیلاتور قرار می‌گیرد. نوع دیگر آن هم به این شکل است که کریستال داخل محفظه‌ای به همراه مدار اسیلاتور به کار می‌رود. به این قطعه کریستال اسیلاتور گفته می‌شود که از حداقل 4 پایه برخوردار است.
عوامل خراب شدن و از کار افتادگی کریستال
کریستال همچون هر قطعه الکترونیکی دیگری عمر محدودی دارد و پس از مدتی نیاز به تعویض پیدا می‌کند. با این حال برخی عوامل سبب از کار افتادن و خراب شدن زودتر قطعه کریستال می‌شوند که مهمترین آنها عبارت است از:
- ضربه: از آنجایی که کریستال یک قطعه الکترونیکی است و از داخل در حال ارتعاش است، ممکن است با یک ضربه به بدنه چسبیده و خراب شود.
- گرمای شدید: مهمترین جزء کریستال را ورقه نازک کوارتز تشکیل می‌دهد. این ورقه در داخل قطعه قرار دارد و بسیار ظریف است. برای همین در صورت مواجه شدن با گرمای شدید دچار آسیب و خرابی می‌شود.
علائم خرابی و سوختن کریستال ساعت
- خاموشی دستگاه: در صورتی که کریستال ساعت از کار بیفتد، سبب ایجاد اختلال در عملکرد دستگاه می‌شود. به عبارتی اگر در دستگاه الکترونیکی زمان‌بندی وجود نداشته باشد، هیچ عملی انجام نمی‌شود.
- عملکرد غیر معمول دستگاه: با خراب شدن کریستال ساعت، تنظیمات دستگاه به طور خود به خود به هم می‌ریزد.
- خاموشی بخشی از دستگاه مجهز به کریستال: عمل نکردن یا خاموشی قسمتی از دستگاه که دارای کریستال مجزا است، از دیگر نشانه‌های خرابی آن است. برای مثال اگر بلوتوث دستگاه موزیک پلیر از کار بیفتد، احتمالا کریستال مربوط به پردازنده بلوتوث آن از کار افتاده است. در این شرایط باید دستگاه باز شده و برد آن و قطعاتی همچون کریستال مورد بررسی قرار بگیرد.
مونتاژ و لحیم کاری کریستال به چه صورت است؟
با توجه به موارد اشاره شده در رابطه با کریستال به این موضوع پی می‌بریم که این قطعه بسیار حساس است و نیاز به لحیم کاری با دقت بالا دارد. در صورتی که در زمان لحیم کاری دما بیش از حد مجاز بالا رود، سبب آسیب‌دیدگی قطعه می‌شود. در خصوص مونتاژ صحیح کریستال ساعت باید اشاره کنیم که این قطعه باید کاملا به سطح PCB بچسبد. یعنی قطعه کریستال باید به طور کامل بر روی برد الکترونیکی بخوابد. برای همین کریستال ساعت باید به گونه‌ای بر روی برد قرار بگیرد که بدنه آن به طور کامل روی PCB بخوابد. البته در برخی مواقع اگر تنها بخشی از بدنه قطعه با برد در ارتباط باشد نیز مشکلی ایجاد نکرده و اتصال قابل قبول است. اما اگر بدنه قطعه در هیچ نقطه‌ای به سطح برد متصل نشده باشد، اتصال به خوبی شکل نگرفته و غیر استاندارد و غیر قابل قبول است.
نحوه اتصال بدنه کریستال ساعت به برد الکترونیکی
گاهی اوقات جهت اتصال بدنه کریستال ساعت به برد الکترونیک، آن را به طور مستقیم به صفحه گراند زیر خود لحیم می‌کنند. در این شرایط اتصال بدنه کریستال به برد تضمین شده و استاندارد مونتاژ کریستال ساعت به خوبی رعایت می‌شود. نکته‌ای که در خصوص لحیم کریستال ساعت به برد وجود دارد این است که دمای دستگاه هویه نباید خیلی بالا باشد. چرا که دمای بالا موجب خرابی و سوختگی کریستال می‌شود. همچنین هویه نباید برای مدت زمان زیادی بر روی بدنه قطعه قرار بگیرد. کریستال‌هایی که از جنس نامرغوب هستند، حساسیتشان به دما بیشتر است و زودتر دچار آسیب می‌شوند.
یکی دیگر از روش‌های اتصال کریستال ساعت به برد مدار چاپی استفاده از کمربند فلزی است. با این کمربند امکان چسباندن قطعه بر روی برد به خوبی فراهم می‌شود. در این صورت هویه به طور مستقیم با بدنه کریستال در ارتباط نبوده و دمای رسیده به بدنه آن به حداقل خود می‌رسد. برای همین احتمال آسیب دیدن کریستال ساعت کاهش پیدا می‌کند.
اهمیت نحوه مونتاژ صحیح کریستال ساعت
با توجه به اینکه کریستال جزو قطعات الکترونیکی حساس است، باید با دقت بالایی مورد لحیم کاری و مونتاژ قرار بگیرد. به خصوص اگر قرار است بدنه آن بدون کمربند به صفحه متصل شود. البته در روش اتصال بدنه کریستال با کمربند فلزی هم محدودیت‌هایی وجود دارد که یکی از آنها در خصوص حد مجاز کشیدگی کمربند است. کریستال‌های استفاده شده در برد باید از جنس مرغوب برخوردار باشند. در صورتی که کریستال از نوع نامرغوب باشد، احتمال آسیب دیدن آن در حین مونتاژ افزایش پیدا می‌کند. از سوی دیگر کریستال‌های نامرغوب عمر کمتری دارند و با بروز مشکل سبب نقص در عملکرد مدار پروژه می‌شوند.
روش‌های علمی و تجربی تست کریستال
بهترین روش برای تست کریستال استفاده از اسیلوسکوپ است. زمانی که کریستال بر روی برد قرار داشته و مدار روشن است، باید فرکانس خروجی آن را اندازه‌گیری کرد. عدد حاصل باید با مقدار نوشته شده بر روی کریستال برابر باشد. در صورت مغایرت یعنی کریستال معیوب بوده و باید مورد تعویض قرار بگیرد. روش دیگر هم استفاده از مولتی مترهایی است که قابلیت اندازه‌گیری فرکانس در حالت AC را دارند. البته از آنجایی که رنج قابل پشتیبانی برای مولتی مترها محدود است، بهترین راه استفاده از اسیلوسکوپ است.
در خصوص روش‌های تست تجربی کریستال هم میتوان به دو روش زیر اشاره کرد که البته به طور 100 درصد قابل اطمینان نیستند:
- در روش اول باید با کمک مولتی متر اختلاف ولتاژ دو سر کریستال را اندازه‌گیری کرد. این اختلاف ولتاژ نباید از 1 میلی وات کمتر باشد.
- در صورتی که احتمال داده شود خرابی و اختلال دستگاه مربوط به کریستال است، میتوان یک ضربه آهسته به قطعه وارد کرد. در صورتی که مدار برای لحظه‌ای به ضربه واکنش داده و مشکل برای چند لحظه برطرف شود، یعنی کریستال ایراد پیدا کرده و باید تعویض شود.
جمع بندی
با توجه به موارد اشاره شده در متن به این پی می‌بریم که کریستال به دمای بالا و ضربه حساسیت زیادی دارد. برای همین باید با دقت بالایی مورد مونتاژ و لحیم کاری قرار بگیرد. روش استاندارد مونتاژ کریستال ساعت به این صورت است که باید به طور خوابیده بر روی برد قرار بگیرد و بدنه آن حداکثر سطح تماس به برد را پیدا نماید. اتصال کریستال ساعت میتواند به طور مستقیم به بدنه برد و یا از طریق کمربند فلزی انجام شود.
جهت خرید بهترین دستگاه هویه برای مونتاژ و لحیم کردن کریستال ساعت می‌توانید از طریق فروشگاه گیت الکترونیک اقدام نمایید.
