Was ist ein Kristalloszillator?

Ein Quarzoszillator ist ein Gerät, mit dem elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt oder daraus erzeugt wird. In den meisten Fällen werden diese Oszillatoren einem elektrischen Impuls ausgesetzt, der bewirkt, dass sie mit einer genauen Frequenz schwingen. Die Frequenz jedes Kristalls bleibt bei einer Vielzahl von Temperaturen und Drücken sowie in Gegenwart vieler verschiedener Materialien und Chemikalien stabil. Dies macht ihn ideal für Vorgänge, die unter vielen Umständen ein genaues Timing erfordern. Diese Geräte werden häufig in Uhren und Elektronik aufgrund ihrer Präzision und Langlebigkeit eingesetzt.

Die Eigenschaften des Kristalloszillators wurden erstmals 1880 von Pierre und Jacques Curie entdeckt. Diese beiden Wissenschaftler stellten fest, dass Quarzkristalle bei Formveränderung eine elektrische Ladung erzeugen und ihre physikalische Form ändern, wenn sie einer elektrischen Ladung ausgesetzt werden. Diese Eigenschaft wird als piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Experimente mit diesen Kristallen zeigten, dass sie mit einer genauen Frequenz oszillierten, als elektrischer Strom durch sie geleitet wurde.

Eine der Hauptkomponenten eines Kristalloszillators ist der Kristall selbst. Viele verschiedene Arten von Kristallen können als Oszillatoren verwendet werden, aber die am häufigsten verwendete Sorte ist der Quarz, der häufig unter kontrollierten Umständen gezüchtet wird, bevor er geschnitten und als Oszillator verwendet wird. Der Kristall wird in dünne Scheiben oder in die Form einer Stimmgabel geschnitten und dann zwischen zwei leitende Metallplatten gelegt. Wenn Strom durch die Vorrichtung fließt, beginnt sich der Kristall mit einer genauen Frequenz auszudehnen und zusammenzuziehen oder zu schwingen. Ein an den Quarzoszillator angeschlossener Verstärker erhöht die Leistung des Geräts, mit dem dann mechanische oder elektrische Prozesse zeitlich gesteuert werden können.

Die Frequenzstabilität eines Quarzoszillators macht ihn ideal für den Einsatz in Uhren und Elektronik. Quarzglas wird seit der Entdeckung des piezoelektrischen Effekts zur Zeitsteuerung von Uhren verwendet. Uhren mit diesen Oszillatoren sind dafür bekannt, dass sie Temperatur- und Druckänderungen standhalten und über lange Zeiträume präzise bleiben.

In der Elektronik werden Kristalloszillatoren häufig in Computern, Mobiltelefonen und Radios verwendet. Die Kristalle sind in diesen Vorrichtungen aufgrund der Präzision ihrer Schwingung nützlich, die es ermöglicht, den Kristall zum Herausfiltern unerwünschter Frequenzen zu verwenden. Der Kristalloszillator dehnt sich hauptsächlich entlang einer Achse aus und zieht sich zusammen, wodurch die Vorrichtung eine geringe Phasenverschiebung aufweist. Diese beiden Eigenschaften ermöglichen es, einen Prozess genau zu planen und ein starkes Signal aufrechtzuerhalten. Beide Eigenschaften machen ihn ideal für den Einsatz in der Elektronik.

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