Quarz Funktion

mw-headline" id="General_about_swinging_quartzes">Allgemeine Informationen über schwingende Kristalle

Der Quarz ist ein kleines Blutplättchen, das in einer gewissen Weise aus einem speziellen Quarzglas geschliffen wird. Diese Quarzkristalle haben nicht die niedrigste erreichbare Grundfrequenz, sondern ein ungleiches Mehrfaches davon (in der Regel 3 oder 5 mal, ein Oberton). Quarzkristalle werden dort eingesetzt, wo eine gleichbleibende Häufigkeit (z.B. als Zeitbasis) benötigt wird.

So sind sie beispielsweise in nahezu allen Transmittern, in Quarz-Uhren, als Taktgeneratoren in allen Rechnertypen sowie in Frequenzmessern und Digitalsignalgeneratoren zu Hause. Allein ein schwingender Quarz entscheidet über die Häufigkeit. Bei den meisten Anwendungen sind die handelsüblichen Oszillatorquarze und deren Einsatz in den gängigen Oszillatorschaltkreisen (siehe Quarzoszillator) vollkommen ausreichen.

Für spezielle Anwendungen oder den Aufbau von neuen Schaltkreisen sollte immer das Herstellerdatenblatt konsultiert werden, bevor ein Quarz verwendet wird! Quarzkristalle verändern ihr Benehmen und damit auch ihre elektrische Eigenschaft in Funktion der Temperaturen. Praktisch heißt das eine maximale Differenz von 0,01% von der Nennfrequenz im Bereich von -40°C bis +85°C (Verwendung von "normalen" Komponenten).

Wahlweise wird die Raumtemperatur gleich bleibend geregelt, z.B. 40°C.

Erhöht sich der elektrische Widerstand weiter, wird der Quarz bei Überschreitung der internen Stärke des Gittergitters vernichtet. Kristalle mit kleinen Flächen oder mit kleinen Elektrode (SMD) sind weniger widerstandsfähig als große Kristalle. Quarz glas mit hoher Qualität Q ist auch weniger widerstandsfähig als Quarz mit niedriger Qualität. Aufgrund von Herstellungstoleranzen und Fehlern kann der Resonanzwiderstand eines Quartzes im Kleinstlastbereich (unter 1mW) teilweise erheblich abweichen.

Oftmals ist dies an einer schwächeren oder gar nicht vorhandenen Schwingung des Quarzschwingers im entlasteten Aggregatzustand zu erkennen. So ein Quarz ist definitiv ein Herstellungsfehler. Die Benutzer eines solchen Kristalls können entweder ihre Schaltkreise revidieren (Oszillation unter höherer Last) oder den Kristall ersetzen. Die Eigenfrequenz eines schwingenden Quartzes ändert sich aufgrund des eingesetzten Materials und der eingesetzten Konstruktions- und Fertigungsverfahren immer wieder.

Dieser Alterungsprozess ist auch von der Temperatur abhängig, ein Quarz altern bei hoher oder niedriger Temperatur rascher. Die Alterungsrate liegt bei ca. 10% pro 10K, bei 85°C altern die Quarze etwa zweimal so stark wie bei 25°C. Dieser Alterungsprozess ist daher für den normalen Einsatz unbedeutend, für hochpräzise Applikationen können stabile Quarzkristalle mit einer Alterungsrate von weniger als 0,1ppm pro Jahr verwendet werden.

Besonders für Applikationen mit sehr geringem Stromverbrauch gibt es Kristalle für die vergleichsweise geringe Frequenzen von 32768 Hz. Sie sind innen in Schwinggabelform strukturiert, verhält sich aber ansonsten analog zu den Platinen.