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 von 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. Experimente wurden durchgeführtMit verschiedenen Kristallmaterialien im Laufe der Zeit wurde Ende der 1910er Jahre der erste Quarzoszillator zusammengestellt. 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 resonanten Frequenz des Kristalls liegen, wodurch der Kristall oszillieren wird. Die vom Kristall erzeugte Spannung, die die Form ändert, wird durch den Quarzoszillatorschalter verstärkt und zum Kristallresonator zurückgeführt. Wenn sich dieser Vorgang wiederholt, werden die Signale innerhalb des begrenzten Frequenzbandes des Kristalls stärker, während andere Frequenzen herausgefiltert werden. Sobald diese "Aufwärmzeit" abgeschlossen ist, wird der Oszillator genau mit seiner entworfenen Frequenz arbeiten.
Form, Größe und Schnitt vonEin Quarzkristall bestimmt, 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 auftreten, wird eine sehr große Anzahl hergestellt, um den Ertrag und die Versorgung von physikalisch verwendbaren Kristallen zu erhöhen.
Die Frequenzausgabe eines Quarzoszillators kann durch eine Vielzahl externer Faktoren, einschließlich Temperatur und sogar plötzliche Beschleunigung, beeinflusst werden. 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 die Temperaturänderungen auszugleichen. Quarzkristalle können auch "gefegt" oder verhärtet werdenStrahlung durch Backen in einer speziellen Atmosphäre und einem elektrischen Feld.