Der Quarzoscillator - Mein Hobby ist der Amateurfunk

Direkt zum Seiteninhalt

Hauptmenü:

Der Quarzoscillator

Generatoren > Oscillatoren

Der Quarz in der Elektronik

Die Quarzfunktion

In der Elektronik verwendete Schwingquarze sind aus einen Quarzkristall herausgeschnittene Plättchen oder Stäbchen. Quarze haben einen piezoelektrischen Effekt. Legt man über Elektroden eine Spannung an den Quarz, so wird er sich leicht biegen. Beim gegenteiligen Effekt entsteht an den Elektroden eine Spannung, wenn man ihn etwas biegt. Das ist eine Wechselwirkung.

Kristallgläser erzeugen einen Klang (hörbare mechanische Schwingung), wenn man sie anstößt. Sie schwingen mit ihrer Eigenresonanz, ebenso wie eine Stimmgabel. Diese Schwingung nimmt aber mit der Zeit ab, bis sie ganz verschwindet.
Das ist dann eine gedämpfte Schwingung.
Auch die Quarzplättchen haben gleiche Eigenschaften. Sie haben eine sehr konstante Eigenresonanz. Sie ist in der Frequenz aber viel höher und damit unhörbar. Mit einem kleinen Spannungsimpuls kann man die Schwingquarze anstoßen. Sie schwingen dann kurzeitig auf ihrer Resonanzfrequenz. Damit der Quarz dauerhaft auf seiner Resonanzfrequenz schwingt muss er immer wieder mit einem elektronischen Verstärker erneut angestoßen werden. Das ist das Prinzip des Quarzoszillators.
Quarze haben vergleichbare Eigenschaften mit einem LC-Schwingkreis



Quarzeigenschaften

Schwingquarze haben 2 Resonanzfrequenzen, die sich nur geringfügig unterscheiden.
1. die Serienresonanzfrequenz
2. die Parallelresonanzfrequenz.

Dabei liegt die Serienresonanzfrequenz immer etwas unterhalb der Parallelresonanzfrequenz. Quarzhersteller geben meist die Serienresonanz an. Bei der Entwicklung ist darauf zu achten, dass nur eine Oscillatorschaltung in Serienresonanz auf der vom Quarzhersteller angegebenen Serienresonanzfrequenz zufrieden schwingen wird. Beim Kauf ist auf die unterschiedlichen Eigenschaften zu achten.

Quarz-Oscillator in Pierceschaltung

Bei diesem Quarzoscillator handelt es sich um die Pierce-Schaltung. Sie ist sehr einfach und eignet sich bestens zur Frequenzvervielfachung, wenn man den Schwingkreis auf das 3, 5, 7, 9-fache der Quarzgrundschwingung ausgelegt. Hierfür eignen sich Oberton-Quarze, die sich noch durch eine vielfache, ungerade harmonische Schwingung anregen lassen. Der Quarz schwingt auf der Parallelresonanzfrequenz. Der Ausgang A darf nur sehr gering durch eine nachgeschaltete Stufe belastet werden.

Quarz-Oczillator in Colpitts-Schaltung

Die Grundschaltung ist ein Colpittsoscillator in Emitterschaltung. Die fehlende Induktivität ist hier durch den Quarz ersetzt worden. Die beiden parallelgeschalteten Kondensatoren bilden den kapazitiven Dreipunkt. Der Quarz schwingt auf der Parallelresonanzfrequenz.

Quarzoscillator

Diese Quarzoscillatorschaltung ist kompromisslos für den Einsatz von Quarzen ausgelegt. Der Transistor Tr1 arbeitet in Basisschaltung mit ausreichender Spannungverstärkung. Der Quarz wird durch den niederohmigen Emittereingang abgeschlossen. Das verstärkte Signal wird am Kollektor entnommen. Der Transistor Tr2 in Kollektorschaltung ohne Spannungsverstärkung mit seinem hochohmigen Eingang belastet das Signal nur gering. Dafür ist der Emitter als Ausgang sehr niederohmig und belastbar. Damit ist der Quarz auch hier niederohmig abgeschlossen. Mit dem Trimmwiderstand R5 läßt sich die Amplitude des Rückkopplungsignals exakt so einstellen, daß der Quarzoscillator gerade noch zuverlässig anschwingt. Diese Schaltung ist wegen ihrer stabilen Arbeitsweise bestens als Quarztester geeignet. Der Quarz schwingt auf seiner Serienresonanzfrequenz und kann mit dem Trimmkondensator C2 geringfügig variiert und damit auf seine exakte Sollfrequenz eingestellt werden.

R1=10k, R2=4,7k, R3=2,2k R4=1k, R5=470 Ohm, C1=22nF, C2=30pF, C3=22nF, Ub=5V, Tr1=Tr2=BC548 (BC238, BC108).
C1 und C3 sollten keramische Kondensatoren sein.

 
Zurück zum Seiteninhalt | Zurück zum Hauptmenü