Quarz -Warum schwingt es?

Damit ein Gebilde schwingt, muss Kopplung * Verstärkung = 1 sein. Wie 
npn schrieb, liegt der Quarz im Rückkopplungszweig. Nach dem Einschalten 
wird der Verstärker ein wenig rauschen. Jedes Gebilde rauscht bei 
Temperaturen oberhalb des absoluten Nullpunktes. Im Rauschen sind alle 
Frequenzen enthalten. Aber nur die eine, für den Quarz auf Grund seiner 
Abmessungen spezifische, Frequenz geht nahezu ungebremst durch den Quarz 
hindurch. Dadurch wird dann diese Schwingung weiter vergrößert, bis 
durch die Begrenzung des Verstärkers soweit abnimmt, dass die Amplitude 
gleich bleibt.

Zunächst reagiert der Quarz auf jede Spannung, so wie ein Pendel auf 
jede seitlich  einwirkende Kraft.

Wenn man seitlich auf das Pendel drückt, bewegt es sich etwas.
Genauso ist es beim Quarz: wenn man an ihn in eine bestimmte Richtung 
(von Elektrode zu Elektrode) Spannung anlegt, bewegt er sich "etwas" (im 
Mikrometerbereich) seitlich.

Wenn man nun das Pendel mehrmals hintereinander immer in dem gleichen 
Endpunkt anstößt, also das Pendel mit seiner Eigenfrequenz anstößt, wird 
seine Schwingungsweite immer größer. Das gleiche passiert auch beim 
Quarz: wenn er mit seiner Schwingfrequenz angeregt wird, erreicht man 
das maximale Schwingen.

Elektrisch äußert sich das so: Wenn das anregende Signal nicht mit einer 
Eigenschwingung übereinstimmt, ist der Quarz nur ein hochwertiger 
Kondensator mit einigen pF Kapazität, lässt also Signale nur schlecht 
durch.
Bei seiner Resonanzfrequenz stellt er aber einen Schwingkreis dar, 
dessen Verlustwiderstand, je nach Quarz zwischen 10 Ohm bis 100 Ohm 
beträgt (es gibt auch welche mit kOhm) und ist für ein Signal 
durchlässig.

Ein Pendel wird durch eine Feder oder ein Gewicht über ein sinnvolles 
Getriebe angetrieben, das ihm im Nulldurchgang immer eien kleinen Schubs 
gibt.
Beim Quarz macht das eine Stromquelle, die eine Oszillatorschaltung 
versorgt.
Diese nimmt die vom Quarz abgegebene Spannung auf und gibt sie verstärkt 
auf den Quarz zurück, sodass eine stetige Schwingung entsteht.
Mit einem LC-Schwingkreis kann  man Schwingungen erzeugen  deren 
Frequenz auf etwa 1% genau ist. Mit einem Quarz kann man mindestens 
hundertfach größere Genauigkeit erreichen.

Viele Quarze kann man auch gut auf den ungeradzahligen Oberwellen 
anregen. Versuch das mal mit einem Schwingkreis aus Spule und 
Kondensator.

Guest schrieb:
> Rainer V. schrieb:
>> Viele Quarze kann man auch gut auf den ungeradzahligen Oberwellen
>> anregen. Versuch das mal mit einem Schwingkreis aus Spule und
>> Kondensator.
>
> Aber bei mechanischen Gebilden findet man es häufig: z.B. Gitarrensaite.

Nicht nur häufig, sondern immer (zumindest für reale Objekte, die 
(mindestens) drei Raumdimensionen haben). Der Grund ist, daß solche 
Objekte immer mehrere Eigenschwingungs-Modi aufweisen, jede mit ihrer 
spezifischen Eigenfrequenz. Allerdings nimmt die Energie der Modi mit 
der Frequenz zu, weswegen höherfrequente Modi schwerer anzuregen sind. 
Die Eigenschwingung mit der kleinsten Frequenz ist deswegen 
typischerweise dominant.


XL

sven schrieb:
> Viel spannender ist doch die Frage bei einem Quarzoszillator: Warum
> schwingt es nicht :-D

Nach Murphy-Regel: weils kein Verstärker ist.

Hallo

> So wie ich das verstanden habe wird an das Quarz schon die gewünschte
> Frequenz angelegt.
Nicht immer schwingt es schon ohne Quarz und niemals schon passend 
genau. Ein Oszillator in der Digitaltechnik schwingt meist nicht ohne 
Quarz.

> und ab einer gewünschten Frequenz beginnt es zu schwingen-was ich so
> verstanden habe das es beim Anlegen einer Spannung sich vergrößtert und
> bei der Spannungsabnahme die Spanung am Gegenpol wieder abgibt.
Das hast Du so eher nirgendwo gelesen.

> Warum benötige ich ein Quarz wenn die Frequenz von einem anderen Bauteil
> erzeugt wird,
Hast Du ganz richtig bemerkt.

> und was  macht das Quarz wenn an ihm nicht die passende
> Frequenz angelegt ist- sperrt er den Stromfluss oder ist sein Widerstand
> gleich 0 .
Es gibt eine Kennlinie zur angelegten Frequenz. Bei einer Annäherung an 
eine Resonanzfrequenz steigt die Spannung(der Innenwiderstand) bis auf 
ein Maximum an, z.B. 2-3 Hertz weiter fällt sie sehr stark ab bis auf 
ein Minimum um sich dann wieder dem mittleren Widerstand zu nähern. Man 
schlage mich jetzt nicht wegen der Richtung, das weiss ich jetzt nicht.
Das sieht auf dem Oszilloskop etwa wie ein querliegendes Z aus.
Man kann entweder den hohen oder den niedrigen Widerstand für 
Frequenzbestimmung verwenden, vereinfacht ausgedrückt.

> Vor allem, wenn an dem Quarz die passenden Frequenz angelegt ist nimmt er
> die spannung am  Pluspol auf und gibt sie auf der negativen seite wider
> ab-geht es da um eine Phasenverschiebung .
Einen Pluspol oder Minuspol wirst Du vergeblich suchen, der Quarz ist 
ungepolt.
Phasenverschiebungen gibt es öfters und sind eine komplizierte 
Geschichte, jedenfalls, wenn man sich noch nie damit beschäftigt hat.

MfG

sven schrieb:
> Viel spannender ist doch die Frage bei einem Quarzoszillator: Warum
> schwingt es nicht :-D

Wenn man sich Oszillatorquarze schleifen läßt, soll man dem Hersteller 
zu dessen Orientierung die verwendete Schaltung genau angeben. Sonst 
passiert es, daß der sündhaft teure Quarz nicht schwingt und die 
Schaltung umgebaut werden muß. Ratschläge wie "Quarz in den Backofen 
legen" oder "Feuerzeug dranhalten" sollten verworfen werden.

Eine Pierce-Schaltung mit Quarz in Parallelresonanz wurde z.B. früher in 
CB-Funkgeräten mit umschaltbaren Steckquarzen verwendet. Der Quarz mit 
Grundton bei 9kHz liegt zw. Transistorbasis und Masse. Durch den 
passenden LC-Parallelkreis zw. Kollektor und Ub schwingt der Oszillator 
auf einer Quarz-Oberwelle bei 27MHz. Siehe dazu auch:
http://www.kendelbacher-ms.de/quarzoscillator.html