Quarzuhr Wiki

Allerdings konnte die große Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und die damit verbundenen unerwünschten Resonanzschwankungen erst in den frühen 1950er Jahren durch den Einbau von geschlossenen Metall- oder Glasgehäusen merklich reduziert werden. Im Zweiten Weltkrieg kam es durch den verstärkten Gebrauch der Militärfunktechnik zu einer verstärkten Nutzung von Quarzkristallen, die nicht mehr allein durch Naturquarze abgedeckt werden konnten und zur Entstehung von Prozessen zur Produktion synthesetechnischer Quarze führten.

Die Quarz-Synthese wurde bereits 1948 im industriellen Massstab durchgeführt. Die Quarzkristalle sind auf beiden Seiten mit einer Elektrode ausgestattet, an die ein von einem Schwinger erzeugter Wechselstrom anlegt wird. Bei der Rückkoppelung wird die Wechselfeldfrequenz an die mechanische Eigenfrequenz des Quarzes angepasst. Elektronikeinsätze mit Schwingquarz können bei entsprechender Anwendung Frequenzgenauigkeit weit über die meisten industriellen Erfordernisse hinwegtäuschen.

Die Schwingquarze führen Verformungsschwingungen (Längs-, Dicken- oder Biegeschwingungen) im Wechselstrom durch, wenn die Wechselfeldfrequenz der natürlichen Schwingfrequenz der Quarzscheibe entspricht. Der Betrieb eines Quartzes kann in Serien- oder Parallelschwingung erfolgen. Durch die externe Schaltung kann auch die Schwingfrequenz leicht beeinflusst werden. Oft wird ein mit wenigen pF in Reihe oder in Parallelschaltung zum Quartz geschalten (je nachdem, ob der Quartz in Serien- oder Parallelschwingung arbeitet), um Fertigungstoleranzen auszugleichen ("Ziehen" des Quarzes).

Der Stromkreis dieser Spezialoszillatoren wird als Quarzschwinger bezeichnet. Der Eigenfrequenzgang des Quarzs ist leicht temperaturabhängig. Um den Temperaturkoeffizienten zu bestimmen, kann der Quarzschnitt (Geometrie in Relation zu den Kristallachsen) so gewählt werden, dass er für den Einsatz als zeitliche Basis sehr niedrig ist.

Für besonders geringe Frequenzwechsel kann der schwingende Quarz auch durch einen Quarz-Ofen thermostatisiert werden. Ein idealer Quarzkristall hat einen hexagonalen Schnitt. In Quarz-Kristallen kommen jedoch zwei Kristalle vor, das sechseckige System über 573 C, das ohne piezoelektrische Phänomene auskommt, und das dreieckige System unter 573 C, die ? Modifikation des Quarzs.

Lediglich die ? Modifikation von Quarzen hat piezo-elektrische Charakteristika. Ein oszillierender Quartz wird nun aus dem Quarzglas geschnitten, wenn eine Platte oder ein rechteckiges Blutplättchen in einer exakt festgelegten kristallgraphischen Ausrichtung aus dem Glas herausgeschliffen wird (Quarzschnitt). Sobald eine elektrische Ladung an den Piezokristall eines schwingenden Kristalls angelegt wird, generiert die elektrische Deformation ein elektronisches Warnsignal.

Mit Hilfe einer Rückführungsschaltung kann aus diesem Nutzsignal eine Schwingung des Werkstoffes erzeugt werden, wodurch aufgrund der sehr günstigen Physikparameter des Siliciumoxids - beispielsweise niedrige Bedämpfung des Kristallmaterials, außergewöhnlich gute Mechanik- und Dynamikstabilität und Kälteabhängigkeit - ein sehr beständiges Clocksignal mit exakter Frequenzgenauigkeit und festgelegter Schwingungsamplitude erzeugt wird.

Zusätzlich führen die Auswahl der Quarz-Schnitte und die jeweilige mechanisch angeregte Schwingungsart zu typischen Werten der Schwingungsquarze für gewisse Wellenlängen. Eine aus einem Quarzglas ausgeschnittene Quarzplatte verursacht Verformungsschwingungen in einem Wechselstrom, wenn die Häufigkeit des Wechselstroms der natürlichen Selbstentfernung des Quarzglases entspricht. Wie bei allen Schallwandlern wird auch hier die Schwingung durch die Materialkonstante und die Mechanik festgelegt.

Verformungsschwingungen von Quarz-Resonatoren können in verschiedenen Formen mechanischer Schwingungen auftauchen. Biegeoszillationen in den Biegeoszillatoren können dadurch erregt werden, dass lineare Oszillatoren mit zwei in der entgegengesetzten Phase verbundenen Meßsonden ausgestattet werden, so daß zwei Gegenfelder in x-Richtung auftauchen. Bei oszillierenden U-Rohr-Resonatoren wird die Frequenz-Konstante der überwiegend rechteckigen Stäbe durch die Material-Konstanten und die Längen l und b des Schwingers festgelegt, so dass für oszillierende U-Rohr-Resonatoren kein gleichmäßiger Zahlwert gegeben werden kann.

Bei Schwinggabeln ist die Häufigkeit der Schwingungen von der Länge und Weite der Zinken abhängt. Aufgrund eines ausgeklügelten Verhältnisses des Resonanzdurchmessers zur Kristalldicke und zur Elektrodengröße kann die Oszillationsenergie auf das Resonatorzentrum gebündelt werden, so dass der Kristall am Umfang des Resonators gehalten werden kann. Diese werden am meisten in oszillierenden Quarzkristallen in der Schneidform des AT-Schnitts verwendet und werden für nahezu alle Frequenzbereiche ab 1 MHZ eingesetzt.

Dabei wird die Eigenfrequenz der Oberflächenscheroszillatoren durch die Dimensionen der Kantenlänge der meist viereckigen oder rechtwinkligen Schwinger und die richtungsabhängigen Elastizitätswerte des Quarzes festgelegt. Quarzkristalleigenschaften wie die Wärmebeständigkeit der Eigenfrequenz, die inneren Werte und die Zugfestigkeit werden durch den Anschnittwinkel der Resonatorplatten aus dem Quarzglas beeinflusst.

Der Schneidwinkel bestimmt die Kristallisationsrichtung in einer Resonatorplatte, die die mechanische Eigenschaft des Piezo-Kristalls hat. Gleiches trifft auch auf andere Komponenten zu, wie z.B. Oberflächenwellenfilter (SAW-Filter), die Quarzkristalle als Grundmaterial verwenden. Der Betriebspunkt kann durch Erwärmung des Quarzes in diesen Temperaturbereich gebracht werden, so dass die generierte Temperatur nicht mehr von der Raumtemperatur abhängt.

Solche Zuschnitte sind oft für die Sensorik vorgesehen. AT-Kristalle sind anfällig für mechanische Beanspruchungen durch Vibrationen, Stöße oder Temperaturschwankungen. Quarze im CT-Schnitt werden hauptsächlich für tiefe Töne im kHz-Bereich eingesetzt, am meisten für Uhren- und Funkuhrquarze. schwinger51°7Der Parabolische Öffnungskonstante a zwischen -25 und +75 C ist beinahe gleich Null. schwingerDer E-Schnitt hat einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizient.

Oszillator, BC-60°Der BC-Schnitt kann als Fühler in Quarzthermometern genutzt werden. Oszillator, Die Verformungsschwingungen, die ein Quartzkristall bei Resonanzen im Wechselstrom auslöst, wenn die Grenzfrequenz f des Wechselstroms der natürlichen Grenzfrequenz der Quarzplatte entspricht, werden, wie bei allen Mechanik-Oszillatoren, durch die Werkstoffkonstanten und durch die mechan....

Jede Quarzschnitte hat eine gewisse Häufigkeitskonstante, die für die Resonatorlänge in Oszillationsrichtung entscheidend ist, d.h. die Häufigkeit eines Quarzkristalles in der Grundschwingung ist umgekehrt proportional zur Plättchendicke. Dadurch wird durch den dünnsten maschinell herstellbaren Kristallschliff die größte Eigenfrequenz errechnet. Mit einer Frequenzkonstanten von z.B. 1661 kHz - mm für AT-Schnitte kann so eine Eigenfrequenz von etwa 30MHz mit einer Dicke des Quarzblechs von 50 µm generiert werden.

Durch Strukturätzung des geschliffenen Kristalles mit der invertierten Mesa-Technik kann die Stärke einer Quarzplatte jedoch noch auf etwa 30 µm reduziert werden, so dass mit dieser besonderen Fertigungstechnik eine höhere Eigenresonanzfrequenz der Grundschwingung von 55,7 kHz für AT-Kristalle erzielbar ist. Die folgende tabellarische Darstellung gibt einen Überblick über die Frequenzkonstante der verschiedenen Quarzabschnitte: Die Herst: Die Produktion von Schwingquarz geschieht in mehreren unten aufgeführten Stufen, die in einem Überblick zusammenfassend dargestellt werden können:

Synthetisches Quarzglas, ursprüngliche Quarzkristalle wurden aus natürlich auftretenden Quarzen, auch Bergkristalle oder Bergkristalle oder Bergkristalle oder Bergkristalle oder Bergkristalle oder Bergkristalle genannt, hergestellt. Seit den 1950er Jahren werden daher die für die Produktion von Quarzen notwendigen Quarze nach dem hydrothermalen Prinzip synthetisiert. Es wird die erdgeschichtliche Bildung von Quarzen in Vertikalautoklaven simuliert. Weitere Pluspunkte bietet die künstliche Produktion des Einkristalls.

Durch die sehr genaue Bestimmung der Beschaffenheit des Basismaterials kann die für die Qualität und die Zeitstabilität des Quarzes entscheidende Sauberkeit des Quarzes sehr exakt justiert werden. Additive, die die Wachstumsrate steigern können und deren Wirkung auf das Quarzverhalten bekannt ist, können so exakt zugegeben werden.

Bei der eigentlichen Herstellung eines schwingenden Quarzes wird zunächst ein Wafer im gewünschten Schneidwinkel aus dem Quarzglas herausgeschnitten. Dabei werden sie zunächst zu einem Klotz verbunden und dann so zugeschnitten, dass die Dimensionen der später entstandenen Quarz-Resonatoren, kurz "Quarzrohlinge" oder "Quarzrohlinge" oder auch "Quarzblöcke" oder "Quarzrohlinge" oder "Quarzrohlinge" genannt, durch Separation erzeugt werden. Nachdem die Rohlinge wieder getrennt wurden, werden die Resonatorplatten auf eine etwas kleinere Stärke geätzt, als die Sollfrequenz des Quarzes tatsächlich benötigt.

Die anschließende Metallbeschichtung der Platinen, das Anlegen der Elektrode, kann anschließend die Eigenfrequenz des Blutplättchens beeinflussen.

Das geschieht in Vakuum-Kammern durch Aufdampfung metallischer Metallelektroden, in der Regel silbern, auf die Oberfläche der Rohlinge. Bei gleichzeitiger Messung der einzelnen Resonanzfrequenzen kann die Schichtstärke beim Verdampfen der Elektrode noch leicht verändert werden, so dass die gewünschte Schwingfrequenz feinjustiert werden kann. Der Resonator wird dann bei einer erhöhten Lagertemperatur (200 °C) gelagert[28], wodurch der Quarz altert (altert).

Ein Schwingquarz in der Nachbarschaft seiner Eigenfrequenz korrespondiert mit einem Parallelkreis aus einem Serienschwingkreis und einer statisch parallelen C0, der sich aus der KapazitÃ?t zwischen den Quarzelektroden und der StreukapazitÃ?t aus dem Montagesystem ergibt. Die Dynamikinduktivität im Ersatz-Schaltbild korrespondiert mit der Schwingmasse des Schwingkreises und der Schwingkraft der Zuleitung, die Dynamikkapazität korrespondiert mit den elastischen Konstanten des Quarzs und im Dynamik-Verlust-Widerstand werden die Reibungsverluste, die Mechanikverluste im Trägersystem und die Schallverluste in der Umgebungsluft kombiniert.

Gemessene Verläufe der seriellen Frequenz (Marker 1), sowie der parallelen Frequenz (Marker 2) und des Phasenwinkels eines Quartzes, verursacht durch C0. Blick auf die Sekundärresonanzen eines schwingenden Quartz. Bei der Abbildung der Locuskurve des Scheinwiderstands eines schwingenden Quarzs können weitere Bezeichnungen, die sich auf die Eigenschaf-ten des schwingenden Quarzs beziehen, eindeutig erklÃ? Der Resonanzwert fr entsteht, wenn die Reaktanz X des Schwingers Null wird.

Der Frequenzgang, bei dem die Quarzimpedanz den Minimalwert überschreitet, ist die minimale Impedanzfrequenz fm. Weil der Ersatzkreis des schwingenden Kristalls auch die parallelgeschaltete Statikkapazität C0 beinhaltet, kann die Schwingung unter Berücksichtigung dieser Fähigkeit auch als die Parallelschwingfrequenz fp bezeichnet werden: Der Quotient aus der parallelen KapazitÃ?t C0 und der DynamikkapazitÃ?t C1 wird r genannt:

Die Entfernung zwischen Serie und paralleler Resonanzfrequenz ist: Oder für große Größen (r > 25) vereinfacht: Aus den Größen der Dynamikkapazität C1, der Dynamikinduktivität L1 und dem Schwingungsverlustwiderstand R1 aus dem Äquivalenzschaltbild kann der Qualitätsfaktor Q eines schwingenden Kristalls errechnet werden, wobei die statische Belastbarkeit C0 unberücksichtigt bleibt.

Im Vergleich zu herkömmlichen LC-Schwingkreisen sind die Induktivitätswerte der Dynamik L1 bei schwingenden Quarzkristallen relativ hoch, die der Dynamikkapazität C1 extrem gering und die der Dynamikverluste R1 eher im zweistelligen Ohm-Bereich. Zum Beispiel sind die Messwerte für einen kommerziell erhältlichen Quarz mit 10 MH sind L1 = 25 mH, C1 = 0,01 pF und R1 = 65 ?.

So sind sie beispielsweise in nahezu allen Sendern, eher selten in Receivern, in Quarzglasuhren, als Taktgeneratoren in Rechnern und Microcontrollern sowie in Frequenzmessern und Digitalsignalgeneratoren zu Hause. Kristalle sind auch für die Herstellung von Filter geeignet. Durch den Temperaturverlauf der Eigenfrequenz können mit Hilfe von geschliffenen Quarzkristallen sehr präzise Temperaturfühler hergestellt werden. Freischwebende Quarzkristalle werden in der Beschichtungsanlage eingesetzt, um die Schichtstärke zu messen, die durch die Veränderung ihrer Eigenfrequenz durch die Massezunahme der auf dem Quartz gebildeten Schichten erreicht wird.

Obwohl Kristalle durch mechanisches Bearbeiten für jede Resonanzfrequenz innerhalb eines erlaubten Zeitintervalls hergestellt werden können, wurden einige essentielle Schwingungen erreicht, wie es in der Branche üblich ist. Diese sind in Auszügen: 0,032768 Uhr Quarz in Echtzeit-Uhren und elektromechanische Quarz-Uhren in Gestalt einer Schwinggabel; ermöglicht eine Teilung durch 215, um einen zweiten Impuls zu erzielen. 3.579545Frequenz des Farbfernsehers im US-Farbfernsehstandard NTSC.

Wegen ihrer großen Verbreitungshäufigkeit wird diese Funkfrequenz auch für die Mehrfrequenzwahl im Telefoniesektor verwendet. 4.43361875Frequenz des Ladungsträgers im Farbfernsehstandard PAL. Bei der Standardisierung von Quarzkristallen wird das gesamte Spektrum der in diesem Zusammenhang aufgeworfenen Fragen abgedeckt, von künstlichen Quarzkristallen über die Bezeichnungen und Anwendungsmöglichkeiten von Quarzkristallen bis hin zu den Meßbedingungen für die Vermessung von Elektroparametern.

Die DIN IEC 60122-2-1, Teil 2: Anleitung zur Verwendung von Quarzkristallen zur Stabilisierung der Frequenz und Auswahl für die Taktspeisung von Microprozessoren; Die Voraussetzungen für die Messung der technischen Daten der Quarzkristalle sind in den nachfolgenden Standards festgelegt: Andere Standards, die sich mit Komponenten beschäftigen, die in direktem oder indirektem Zusammenhang mit Quarzkristallen stehen:

Der große Quarz-Kochbuch. Jahrestagung der Frequenzkontrolle 1981. ý Die erste Publikation ýber den praxisgerechten Bau von Quarzschwingern ist 1924 erschienen: Valvo GmbH Hamburg, 04.04.1964. Hochsprung zu: abcd Bernd Neubig: Modernste Technologie für Schwingquarze und Quarzschwinger.