Was ist ein Quarzoszillator?

Ein Quarzoszillator ist ein elektronischer Schaltkreis, der ein Signal bei einer Frequenz erzeugt, die durch einen Quarzkristall bestimmt wird, der aus Silizium und Sauerstoff gebildet wird.Die piezoelektrische Eigenschaft von Quarz macht es zu einem sehr guten Resonator von zehn Kilohertz (KHz) bis Hunderten von Megahertz (MHz).Ein Quarz -Kristalloszillator ist typischerweise so konzipiert, dass er nur mit einer einzigen genauen Frequenz betrieben wird.Diese Oszillatoren werden verwendet, um stabile Frequenzen in Mobiltelefonen, GPS-Empfängern (Global Positioning System) und Zwei-Wege-Funkgeräten zu erzeugen.Sie werden auch zur präzisen Zeitmessung von Uhren, Computern und anderen elektronischen Geräten verwendet.

Ein Kristall aus piezoelektrischem Material wie Quarz kann die Form geringfügig ändern, wenn eine Spannung auf eine Elektrode am Kristall aufgetragen wird.Sobald diese Spannung entfernt ist, kann der Kristall in seine ursprüngliche Form zurückkehren und eine Spannung erzeugen.Diese Eigenschaft wurde 1880 entdeckt und Piezoelektrizität bezeichnet. Sie ist entscheidend für den Betrieb eines Oszillators.Die Experimente wurden im Laufe der Zeit mit verschiedenen Kristallmaterialien durchgeführt und der erste Quarzoszillator wurde Ende der 1910er Jahre zusammengesetzt.Seit den 1920er Jahren werden Quarzkristalloszillatoren häufig in Uhren sowie in Amateur-, Handels- und Militärfunkgeräten verwendet.

Wenn ein Quarzoszillator zum ersten Mal angetrieben wird, wird der Schaltkreis in den Kristall ein zufälliges Rauschsignal eingeleitet.Ein Teil dieses Rauschens wird immer an der Kristalle Resonanzfrequenz sein, wodurch der Kristall schwingt.Die vom Kristall erzeugte Spannung, die die Form ändert, wird durch den Quarzoszillatorkreis verstärkt und zum Kristallresonator zurückgefügt.Wenn sich dieser Vorgang wiederholt, werden die Signale innerhalb des kristall begrenzten Frequenzbandes stärker, während andere Frequenzen herausgefiltert werden.Sobald diese Aufwärmperiode abgeschlossen ist, wird der Oszillator genau mit seiner entworfenen Frequenz betrieben.

Die Form, Größe und Schnitt eines Quarzkristalls bestimmen, wie schnell er sich erweitert und zusammenzieht.Ein Quarzoszillator kann mit dieser Rate arbeiten, die als Resonanzfrequenz bezeichnet wird.Es kann auch bei einer Obertonfrequenz funktionieren, was ein Vielfaches der Resonanzfrequenz ist.Während Quarzkristalle in der Umwelt auf natürliche Weise auftretenPlötzliche Beschleunigung.Die Strahlung beeinflusst auch die Frequenz, unabhängig davon, ob sie aus kosmischen Strahlen in einem Raumschiff, Röntgenstrahlen oder einem puls ionisierenden Strahlung stammt.Einige dieser Faktoren können mit zusätzlichen Schaltkreisen kompensiert werden, die die Bedingungen überwacht und den Oszillatorausgang entsprechend anpasst.Einige Quarzoszillatoren enthalten einen genau kontrollierten Ofen mit dem Kristall im Inneren, um Temperaturänderungen auszugleichen.Quarzkristalle können auch gegen Strahlung durch Backen in einer speziellen Atmosphäre und einem elektrischen Feld ausgehärtet werden.