Hallo, ich habe Problem mit Verstehen von Quarz warum schwingt! Quarz ist kapazitive Element. Bekommt Kondensator, auch kapazitiv. Warum schwingt? Schwingt von selbst oder macht integrierter Schatlkreis - wenn angeschlossen? Ich kann nicht verstehen! Quarz macht Schwing, aber warum macht Takt? Nur Quarz und Kondensator macht schwingende Takt - kann ich mir nicht vorstellen. Nehme ich Quarz und Kondensator nix schwingen, oder? Schwingt von selbst oder macht nur mit integrierte Schaltkreis? Wie funktioniert? Bitte Hilfe um Verständnis - Viele Danke! Warumschwingt@Bulgaria
Warumschwingt? schrieb: > Quarz ist kapazitive Element. Auch. Und auch das induktive. Siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Schwingquarz#Elektrische_Ersatzschaltung
Der entscheidende Punkt ist, dass es sich bei einem Quarz nicht um einen typischen eletrischen Schwingkreis handelt, sondern der Quarz schwingt tatsächlich mechanisch (Piezo), d.h. bei anlegen von Spannung verformt er sich un gibt beim annehmen der ursprünglichen Form diese Energie wieder ab. Gruß Tom
> Quarz ist kapazitive Element. Nein. > Warum schwingt Von alleine schwingt da gar nichts. Den kannst du auf den Tisch legen und der bleibt ganz ruhig. Brummt nicht mal. Erst wenn du an eine Seite ein Signal legst, kommt das am anderen Anschluss mit kleiner Zeitverzögerung wieder raus. Und nur bei Signalen im passenden Frequenzbereich kommt davon auch viel wieder raus. Er wirkt also wie ein Bandpass, ein Frequenzfilter, so dass die Oszillatorschaltung nur diese Frequenz ausreichend verstärkt. Seine Hauptaufgabe ist also eher, alle anderen Frequenzen stark zu dämpfen. http://www.qsl.net/dk1ag/buch.html
>Der entscheidende Punkt ist, dass es sich bei einem Quarz nicht um einen >typischen eletrischen Schwingkreis handelt, sondern der Quarz schwingt >tatsächlich mechanisch (Piezo), d.h. bei anlegen von Spannung verformt >er sich un gibt beim annehmen der ursprünglichen Form diese Energie >wieder ab. Koppelt diese Schwingung über die Oberfläche nicht in ein anderes Medium(Luft) ein? Kann man es hörbar(durch runtermischen) machen? Wenn es hörbar ist, dann verbraucht er auch Energie. "verschleisst" er nicht durch diese mechanische Schwingung?
> Koppelt diese Schwingung über die Oberfläche nicht in ein anderes > Medium(Luft) ein? Ja. > Kann man es hörbar(durch runtermischen) machen? Ja. Uhren werden z.B. durch 'hören' des 32768.0000 kHz Quartzes abgeglichen. > Wenn es hörbar ist, dann verbraucht er auch Energie. Ja. Daher musst du dem Schwingkreis ständig Energie zuführen. > "verschleisst" er nicht durch diese mechanische Schwingung? Ja.
Hallo, auch ich kenne mich mit Schwingquarzen nicht sonderlich gut aus, habe also - insoweit ich das richtig verstanden habe - das selbe Verständnisproblem wie der OP. MaWin schrieb: > Von alleine schwingt da gar nichts. Den kannst du auf den Tisch legen > und der bleibt ganz ruhig. Brummt nicht mal. Das steht ja ausser Frage, schreibt doch der TO: "Nur Quarz und Kondensator macht schwingende Takt - kann ich mir nicht vorstellen. Nehme ich Quarz und Kondensator nix schwingen..." > Erst wenn du an eine Seite ein Signal legst, kommt das am > anderen Anschluss mit kleiner Zeitverzögerung wieder raus. Hmm, ein Signal. Vermutlich sogar ein Wechselsignal. Wikipedia meint ja auch: "Der Schwingquarz führt im elektrischen Wechselfeld Deformationsschwingungen, wenn die Frequenz des Wechselfeldes mit der Eigenfrequenz des Quarzplättchens übereinstimmt." > Und nur bei Signalen im passenden Frequenzbereich kommt davon > auch viel wieder raus. Und genau da liegt der Hund begraben, woher kommt denn das Wechselsignal? Hätte ich ein vom Mikrocontroller bereitgestelltes passendes Wechselsignal dann bräuchte ich ja erst gar keinen Quarz. Der Hund beisst sich also in die Rute, gewissermaszen. > Er wirkt also wie ein Bandpass, ein Frequenzfilter, so dass > die Oszillatorschaltung nur diese Frequenz ausreichend verstärkt. > Seine Hauptaufgabe ist also eher, alle anderen Frequenzen stark > zu dämpfen. Klingt logisch, nur die Frage nach der Entstehung des "anregenden Wechselfelds" bleibt bestehen. Mit der Bitte um Erlauchung, Iwan
Иван S. schrieb: > Klingt logisch, nur die Frage nach der Entstehung des "anregenden > Wechselfelds" bleibt bestehen. Ich meine mich zu erinnern, dass ein Quarzoszillator in einer idealisierten Schaltung nicht anschwingt. Er braucht ein bischen Realität dazu.
Иван S. schrieb: >> Er wirkt also wie ein Bandpass, ein Frequenzfilter, so dass >> die Oszillatorschaltung nur diese Frequenz ausreichend verstärkt. >> Seine Hauptaufgabe ist also eher, alle anderen Frequenzen stark >> zu dämpfen. > > Klingt logisch, nur die Frage nach der Entstehung des "anregenden > Wechselfelds" bleibt bestehen. So wie ich das verstehe, wird der Quarz ja in einen Schwingkreis eingebaut, also eine Schaltung die von sich aus schon schwingen würde. Der Quarz prägt dann diesem Schwingkreis nur seine Frequenz auf.
Karl heinz Buchegger schrieb: > So wie ich das verstehe, wird der Quarz ja in einen Schwingkreis > eingebaut, also eine Schaltung die von sich aus schon schwingen würde. Der übliche Pierce-Oszillator im Controller besteht aus einem ungepufferten CMOS-Inverter mit Rückkopplung durch Widerstand und Quarz. Ohne Quarz ist das die klassische lineare CMOS-Verstärkerschaltung (vgl. invertierender OPV) und da schwingt nix, da rauscht es nur ein bischen. Das schwingt erst, wenn jemand im Rückkopplungsnetzwerk für 180° Phasendrehung sorgt.
Иван S. schrieb: > Klingt logisch, nur die Frage nach der Entstehung des "anregenden > Wechselfelds" bleibt bestehen. Das ist im Zweifelsfalle der Einschaltimpuls. Der führt zu einer gedämpften Schwingung im Quarz (der ja nicht nur filtert, sondern eben -- wie beispielsweise ein Pendel -- dabei auch Energie aufnimmt, die er danach abgegen kann). Diese Schwingung wird vom Oszillator verstärkt und dann vom Ausgang wieder auf den Quarz gegeben. Понятьно?
Danke, wieder was gelernt! Jörg Wunsch schrieb: > Понятьно? да, большое спасибо. (Gut, daß das Wörterbuch in der Nähe liegt. Selbststudium eine Fremdsprache ohne Unterstützung ist nicht möglich, das habe ich leider auch gelernt.)
Der Verstärker im Oszillator macht zwischen Ein- und Ausgang eine Phasendrehung von 180°. Und der Quarz macht auf seiner Resonanzfrequenz auch 180° Phasenverschiebung. Und wenn ein Verstärker mit Verstärkung > 1 mit 360° Phasenverschiebung rückgekoppelt wird, schwingt er eben. Da braucht er keine mechanische Energie aufnehmen, denn das elektrische Ersatzschaltbild ist entweder ein Parallel- oder Serienschwingkreis.
Das ganze lässt sich auch mechanisch sehen. Häng eine Spiralfeder an einem Ende auf. An das andere Ende kommt ein Gewicht. Hat sich das ganze beruhigt, schwingt nichts. Nun kommt der Startimpuls: Stoße mit der Hand das Gewicht nach oben. Kommt nun kein weiterer Impuls, wird sich das ganze nach einiger Zeit ausschwingen. Stößt Du aber das Gewicht immer dann nach oben, wenn es ganz unten ankommt, wird das ganze "ewig" schwingen. Und das mit immer der gleichen Frequenz. Ist das Gewicht zu schwer, wird sich die Feder mit der Zeit dehnen und dir Frequenz stimmt nicht mehr. Bei zu großem Gewicht kann die Feder auch irgendwann brechen. Dein Anstoßen im Tiefpunkt kannst Du mit einer phasenverschobenen Anregung um 180° vergleichen. Damit das System nicht aufschaukelt und überschwingt, hängst Du es in ein Ölbad (= Kondensatoren).
Elektrotechnik ist spielend einfach, wenn man komplexe Vorgänge auf andere leicht verständlichere Dinge übertragen kann. @Christian H. : Geniale Erklärung.
Pascal L. schrieb: > Elektrotechnik ist spielend einfach, wenn man komplexe > Vorgänge auf andere leicht verständlichere Dinge übertragen kann. > > @Christian H. : > Geniale Erklärung. Vorsicht, muss nicht 100%ig sauber sein. Speziell bei der Sache mit dem Öl bin ich mir nicht sicher ;-)
Christian H. schrieb: > Speziell bei der Sache mit dem Öl bin ich mir nicht sicher ;-) Ist eher ein Dämpfungswiderstand denn ein Kondensator, denn die durch das Öl entnommene Energie wird ja nicht gespeichert, sondern in eine andere Energieform (Wärme) gewandelt.
Christian H. schrieb: > Damit das System nicht aufschaukelt und überschwingt, hängst Du es in > ein Ölbad (= Kondensatoren). Ein Kondensator macht dir aber keine Daempfung. Im mechanischem System ist es die Reibung. Viskositaet des Oels. Im elektrischen System sind es die ohmischen Verlustwiderstaende. Damit der Quarz zu schwingen anfaengt brauchts einen Verstaerker der die Verluste die die Schwingkreis Quarz hat wieder ausgleicht. Ob der Verstaerker jetzt 180 oder 360 Grad Phasenverschiebung machen muss haengt von der Beschaltung des Quarzes ab. Betreibt man ihm in Serienresonanz muss der Verstaerker 360 Grad Phasenverschiebung machen bei Parallelresonanz muss er nur 180 Grad machen. Auch liegen Paralleresonanz und Serienresonanz des Quarzes um einige kHz auseinander. Anschwingen tut der Oszillator entweder durch den Einschaltimpuls oder durch das immer vorhandene Rauschen in der Schaltung. Aus diesem Rauschen das ja theoretisch alle Frequenzen enthaelt wird halt nur die Frequenz von Quarz ausgefiltert die seiner Eigenresonanz entspricht. Die wird dann wieder verstaerkt auf dem Quarz gegeben. Und so schaukelt sich das ganze dann auf. Gruss Helmi
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Ein reiner Quarz ohne Beschaltung hat an der Resonanzsstelle nur 90° Phasenverschiebung (Phase-Lag). Erst mit den Burdenkondensatoren und einer gewissen Ausgangsimpedanz des Inverters des Pierce-Oszillators kommt die Gegegnkopplung auf die nötigen 180°. Im Anhang ist die Situation einmal mit und ohne Beschaltung gezeigt. Die Generatorspannung ist rechts, da dort auch der Ausgang des gedachten Pierce-Oszillators sitzt. Man bedenke, daß die Rückkkopplung nicht unbedingt eine Verstärkung liefern muß. Das tut in der Regel der Inverter. Außerdem ist zu bedenken, daß langsame Inverter durch die Durchlaufverzögerung Phasendrehungen von etwas mehr als 180° aufweisen können. Deswegen scheinen Pierce-Oszillatoren manchmal auch ohne Burdenkondensatoren zu funktionieren!! Da laufen sie aber extrem instabil und können bei Temperaturänderung und dadurch geänderter Durchlaufverzögerung einfach plötzlich ausgehen. Das Anlaufen des Oszillators geschieht praktisch immer, da nicht nur das Hochfahren der Versorgungsspanung als Start-Kick funktioniert, sondern auch das Eigenrauschen des Inverters. Wichtig ist nur, daß bei der Resonanzfrequenz die Phasendrehung 360° und die Schleifenverstärkung >1 ist. Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > Man bedenke, daß die Rückkkopplung nicht unbedingt eine Verstärkung > liefern muß. Das tut in der Regel der Inverter. Außerdem ist zu > bedenken, daß langsame Inverter durch die Durchlaufverzögerung > Phasendrehungen von etwas mehr als 180° aufweisen können. Deswegen > scheinen Pierce-Oszillatoren manchmal auch ohne Burdenkondensatoren zu > funktionieren!! Da laufen sie aber extrem instabil und können bei > Temperaturänderung und dadurch geänderter Durchlaufverzögerung einfach > plötzlich ausgehen. Danke Kai! Hier noch etwas Literatur für den Interessierten: http://gaia.ecs.csus.edu/~bist/pll_team_docs/papers.html http://www.oliverbetz.de/quarz/quarz.htm und das "Quarz-Kochbuch" von Bernd Neubig, welches man mittlerweile frei im Netz findet: http://www.qsl.net/dk1ag/
"Das ist im Zweifelsfalle der Einschaltimpuls. Der führt zu einer gedämpften Schwingung im Quarz (der ja nicht nur filtert, sondern eben -- wie beispielsweise ein Pendel -- dabei auch Energie aufnimmt, die er danach abgegen kann). Diese Schwingung wird vom Oszillator verstärkt und dann vom Ausgang wieder auf den Quarz gegeben." Naja, ausserdem rauscht das System immer ein wenig ... und im Rauschen ist auch immer ein wenig von der Resonanzfrequenz drin...
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Hallo zusammen, dank dieses Threads habe ich jetzt verstanden, wie ein Schwingquarz funktioniert. Es reicht also nicht der Quarz (also das Stück Mineral) alleine, sondern man braucht eine Schaltung, die ein Phaseninvertiertes Signal des Quarzes verstärkt und wieder auf den Quarz (also das Stück Material) schickt, so dass sich das ganze aufschaukelt in der Resonanzfrequenz des Quarzes. Das passt auch schön zur echten Schaukel, dessen Resonanzfrequenz von der Erdbeschleunigung und der Schaukellänge abhängt, aber das von einem Menschen, der phaseninvertiert das Gewicht verlagert, am pendeln gehalten wird. Aber das passt leider nicht zu dem Bild im Anhang, das ich aus dem AVR-Tutorial herauskopiert habe. Dort ist kein Verstärker oder Inverter zu sehen. Nur das Stück Mineral und zwei Kondensatoren. Wie soll das schwingen? Danke und VG Karli
Guck mal in das Datenblatt. Da sollte ein Inverter zwischen den beiden Anschlüssen eingezeichnet sein. Der macht die Phasendrehung, der Quarz die Verzögerung. Zusammen gibt das eine Schwingung. Mit freundlichen Grüßen, Valentin Buck
Ach sooo!!! Die ganze Elektronik ist im Mikrocontroller integriert, nur die Anschlüsse zum Quarz (dem Stück Mineral) sind nach außen geführt! Das erklärt natürlich einiges! Danke!!!!!!
Karli schrieb: > Wie soll das > schwingen? Hallo Karli, der Tipp wurde schon genannt. Gib mal unter Google "datasheet atmega" ein und wähle eines der Datenblätter. Erstens findest du dann ein Blockdiagramm des internen Aufbaues und zweitens eine entsprechende Beschreibung. Gruß HF-Papst
Habe gerade dieses Doc hier gefunden: http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2503.pdf Auf Seite 3 sieht man ein Blockschaltbild des Atmega32. Der Quarz ist hier an einem Oszillator angeschlossen. Für mich als Halblaie ist aber nicht erkennbar (höchstens erahnbar) , ob in dem Oszillator ein Invertierender Verstärker enthalten ist. Aber das muss ja dann wohl so sein. Jetzt weiß ich ja Bescheid. :)
Ein LC-Schwingkreis schwingt auch nicht von selbst. Erst eine passend damit verbundene Oszillatorschaltung ergibt einen LC-Generator. Der Verstärker der Oszillatorschaltung ist im Kontroller und über X1 und X2 zugänglich, die Kondensatoren C1 und C2 werden meist außen zugeschaltet, so wie auch der Quarz.
Karli schrieb: > ob in dem Oszillator ein > Invertierender Verstärker enthalten ist. Aber das muss ja dann wohl so > sein. Das steht weiter unten im Text, einfach mal das PDF-Dokument nach "oscillator" durchsuchen. Gut, etwas Englisch muss man schon können, aber die Bezeichnung ist offensichtlich :-) Gruß HF-Papst
Eigentlich kann ich sogar ganz brauchbar Englisch, aber irgendwie kam ich nicht auf die Idee, den ganzen Text durchzulesen.
@ Karli http://de.wikipedia.org/wiki/Quarzoszillator Etwas runter scrollen dann siehst du ein Bild mit der "Pierce-Schaltung mit Logikgattern". Die zwei Widerstände und zwei Inverter sind also schon im AVR integriert.
und wo liegt dann der Unterschied zwischen einem Quarz und einem Oszilator!? Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe ist das Quarz eben nur der Kristall, d.h. mein µC benötigt noch den Inverter intern. Ein Oszilator dagegen ist dann ein Quarz mit "kompletter" Beschaltung sodass ich den Takt auch bereits ohne µC am Oszi messen kann?
faustian schrieb: > "Das ist im Zweifelsfalle der Einschaltimpuls. Der führt zu einer > gedämpften Schwingung im Quarz (der ja nicht nur filtert, sondern > eben -- wie beispielsweise ein Pendel -- dabei auch Energie > aufnimmt, die er danach abgegen kann). Diese Schwingung wird vom > Oszillator verstärkt und dann vom Ausgang wieder auf den Quarz > gegeben." > > Naja, ausserdem rauscht das System immer ein wenig ... und im Rauschen > ist auch immer ein wenig von der Resonanzfrequenz drin... Hier kommt es auf die Betriebsart des Verstärkers an, wenn er im A-Betrieb läuft reicht tatsächlich das Rauschen aus, wenn er im C-Betrieb läuft (selten, aber kommt durchaus vor, z.B. bei sehr "einfachen" Quarzgesteuerten Sendern ohne getrennte Endstufe), braucht es einen größeren Anstoß (so groß, dass das aktive Bauelement durch die gedämpfte Schwingung zu leiten beginnt). >Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe ist das Quarz eben nur der >Kristall, d.h. mein µC benötigt noch den Inverter intern. >Ein Oszilator dagegen ist dann ein Quarz mit "kompletter" Beschaltung >sodass ich den Takt auch bereits ohne µC am Oszi messen kann? Genau so. Gruß, Christian
ändert sich die Resonanzfrequenz, wenn der Schwingquarz erwärmt oder gekühlt wird oder in einem schwerefreien Raum ist?
Georg Polzin schrieb: > ändert sich die Resonanzfrequenz, wenn der Schwingquarz erwärmt oder > gekühlt wird Temperaturaenderungen aendern die Frequenz beim Quarz. Deshalb gibt es ja auch Quarzofen.
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