Quarze und Keramikresonatoren gehören zu den frequenzgebenden Bauteilen und sind weit verbreitet: Ob in Quarzuhren, in Autos als Taktgeber für den Blinker oder den Scheibenwischer in der Steuerungselektronik, als Timer in Mobilfunkanwendungen oder in Weckern. Überall werden sie dazu eingesetzt, den Takt anzugeben. Sie sind essenziell dafür, dass andere Bauteile in einer Schaltung ihre Aufgabe zum richtigen Zeitpunkt ausführen.
Blume Elektronik bietet sowohl Keramikresonatoren als auch verschiedene Quarze und Quarzoszillatoren. Je nach benötigter Güte können Sie aus den günstigen Keramikresonatoren bis hin zu den sehr genauen, frequenzstabilen oven-controlled Quarzoszillatoren (OCXO) wählen.
Frequenzgebende Bauteile im Überblick: Von Keramikresonatoren über Quarze und Quarzoszillatoren
Als einfachstes Bauelement gilt der Keramikresonator bestehend aus einem ferroelektrischen Material, Piezokeramik. Durch den piezoelektrischen Effekt können sie – ähnlich wie Schwingquarze – als frequenzgebende Bauteile zum Einsatz kommen. Sie sind besonders günstig und können in kleineren Bauformen hergestellt werden als Quarze und Quarzoszillatoren.
Im Vergleich: Testschaltungen eines Keramikresonators und eines Quarzoszillators
Quarze und Quarzoszillatoren können wesentlich besser eine stabile Frequenz halten, die Güte ist hier also höher als bei den Resonatoren. Zudem hängen Quarze und Quarzoszillatoren eng miteinander zusammen: Der Quarz besteht aus einem Quarzplättchen mit zwei Elektroden verbunden in einem luftdichten Gehäuse. Der Quarzoszillator ist eine Erweiterung des Quarzes, da hier schon eine Schaltung integriert wird. Diese muss man bei einem Standard-Quarz separat hinzufügen. Zudem wird bei einem Quarz eine Kapazität benötigt, mit der er erst zum Schwingen kommt. Bei Quarzen liegt die Frequenzstabilität bei minimal ±10ppm und die Frequenztoleranz zwischen ±50ppm und ±10ppm. Bei Quarzoszillatoren kann die Frequenzstabilität bis minimal ±50ppb verbessert werden.
Quarzoszillatoren gibt es in verschiedenen Variationen: Je nach Anwendungsbereich gibt es spannungsgesteuerte, temperaturgesteuerte und oven-controlled Quarzoszillatoren. Diese sind aufsteigend nach der Frequenzstabilität gestaffelt.
Der Standard-Quarz ist der heute bekannteste Quarz. Er fängt unter einer angelegten Spannung an zu schwingen. Die Frequenz ist nicht beeinflussbar und der Taktgeber relativ ungenau. Die Frequenzstabilität beträgt minimal ±10ppm, die Frequenztoleranz kann zwischen ±50ppm und ±10ppm liegen.
Ein Quarzoszillator ist eine elektronische Schaltung, die die mechanische Resonanz eines schwingenden Kristalls aus piezoelektrischem Material nutzt. Dadurch wird ein elektrisches Signal mit einer sehr genauen Frequenz erzeugt. Diese Frequenz wird häufig verwendet, um die Zeit zu verfolgen, ein stabiles Taktsignal für digitale integrierte Schaltungen bereitzustellen und Frequenzen für Funksender und -empfänger zu stabilisieren. Die Frequenzstabilität ist bis minimal ±20ppm möglich.
VCXO (Spannungsgesteuerter Quarzoszillator)
Der VCXO kann die Frequenz durch eine angelegte Spannung verändern. Die Frequenzänderung ist im Bereich von ±80ppm bis ±150ppm möglich. Das Glätten der Frequenz wird auch als „Pullability“ bezeichnet. Frequenzen von 1MHz bis 1500MHz können so bei einer minimale Frequenzstabilität von ±20ppm abgedeckt werden.
TCXO (Temperaturgesteuerter Quarzoszillator)
Quarzoszillatoren sind nur bis zu einem bestimmten Grad gegenüber Temperaturänderungen resistent. Bei höheren und verstärkten Änderungen der Temperatur kann es dazu kommen, dass die Frequenzen nicht gehalten werden können. Anwendungen wie im Bluetooth-Bereich benötigen aber besonders „saubere“ Frequenzen, die Frequenzabweichungen dürfen nicht mehr als 5ppm sein. Um dies zu erreichen, werden TCXOs verwendet. Durch die Temperatursteuerung werden die Frequenzen stabilisiert und die Toleranz kann niedrig gehalten werden. Die Frequenzstabilität ist bis minimal ±0,28ppm möglich.
OCXO (Oven-Controlled Quarzoszillator)
Der OCXO gilt als frequenzstabilster Oszillator, weshalb er auch in Funksendern, Mobilfunkstationen, Messgeräten und auch in militärischen Kommunikationsgeräten eingesetzt wird. Die Stabilität der Frequenz wird ermöglicht, indem temperaturgesteuerte Kammern um den Quarz gebaut werden. Die Kammern haben eine konstante Temperatur, um die äußeren Temperaturschwankungen zu ignorieren und damit bleibt die Frequenz stabil. Die Frequenzstabilität beträgt dadurch minimal ±50ppb.
