Abend zusammmen. Ich beschäftige mich zur Zeit mit Schwingquarzen. Der Schwingquarz ist auf seiner Nennfrequenz resonant. Dazu würde ich gerne wissen, ob schon der unbeschaltete Quarz schwingt. In dem bisschen Rauschen an seinen offenen Klemmen steckt doch auch seine Nennfrequenz, die ihn zur Schwingung bringt. Ist das korrekt? Theo M.
Theoretisch rauscht er mit seinem Wirkwiderstand abhängig von der Temperatur. Also dem ESR. Praktisch ist diese Leistung leider unmeßbar klein. Dazu kommen sicherlich noch Effekte durch Empfang von Strahlung aus der Umgebung.
Danke für die schnelle Antwort. Verstehe ich das richtig, dass er auf seiner Nennfrequenz auch im Leerlauf schwingt, was durch die Nennfrequenz im Rauschen ausgelöst wird? Aber diese Schwingung ist kaum messbar? Theo M.
Hallo, ich denke mal: nein. Denn der Quarz verhält sich wie ein Schwingkreis mit hoher Güte , der erst durch Anregung seine Resonanz findet aufgrund seiner elektromechanischen Eigenschaften. Es braucht also Verstärkung und Mitkopplung, um eine dauerhafte Schwingung zu erhalten und somit die Verluste auszugleichen. Stieße man den Quarz nur mit einem Puls an, würde sich eine abklingende Schwingung zeigen, bis sie nicht mehr messbar wäre. Sonst würden Glocken und Stimmgabeln auch immer leise vor sich hin summen. Wir befinden uns hierbei auch nicht im Bereich der Supraleiter. MfG
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Christian S. schrieb: > Hallo, > > ich denke mal: nein. > > Denn der Quarz verhält sich wie ein Schwingkreis mit hoher Güte , der > erst durch Anregung seine Resonanz findet aufgrund seiner > elektromechanischen Eigenschaften. Es braucht also Verstärkung und > Mitkopplung, um eine dauerhafte Schwingung zu erhalten und somit die > Verluste auszugleichen. Stieße man den Quarz nur mit einem Puls an, > würde sich eine abklingende Schwingung zeigen, bis sie nicht mehr > messbar wäre. > > Sonst würden Glocken und Stimmgabeln auch immer leise vor sich hin > summen. > > MfG Danke. Angenommen, ich schließe den Quarz an einen rauschenden Widerstand an. Er kann doch durch die enthaltene Nennfrequenz anschwingen und auch dauerhaft weiterschwingen. Warum nicht? Er erhält doch durch den Widerstand Rauschleistung auf der Nennfrequenz. Theo M.
Auch nach dem Abklingen kommt der Quarz nicht ganz zur Ruhe. Zum einen wird da eine thermische Restamplitude sein, die klassischen kT aus der Thermodynamik für einen Schwingungsmode. Das ist aber so klein, dass es kaum messbar sein wird (elektrisch ist es nicht vom Widerstandsrauschen zu unterscheiden). Um es anders zu messen sind die Üblichen Quarze zu groß und daher die Amplitude zu klein. Das ist auch nicht eine Frequenz mit durchgängiger Amplitude, sonder mehr Rauschen entsprechend der Resonanzkurve. Theoretisch gibt es dann auch noch eine Quantenmechanischen Nullpunktsschwingung, sofern man den Quarz so gut von der Umgebung isolieren kann dass er als QM system zu betrachten ist. Das ist in der Regel noch einmal weniger Amplitude.
Der Quarz hat auch Verluste. Bei einem 4.9152 MHz Quarz besteht das Ersatzschaltbild aus einer RLC-Serieschaltung mit 57mH, 18fF, und ca. 9 Ohm, dazu parallel die Halterungskapazität von ca. 4.5pF. Aufgrund des internen Wirkwiderstands ist der Quarz verlustbehaftet. Somit schwingt da nichts. Aber, wenn du an den Quarz ein Rauschsignal anschliesst, welches weisses Rauschen ist, dann wird dieses Rauschen durch die frequenzabhängige Impedanz des Quarzes gefärbt, da der Quarz für gewisse Frequenzen niederohmig ist (Serieresonanz, die 57mH und 18fF sind in Resonanz) werden diese Rauschanteile quasi kurzgeschlossen (über die 9 Ohm). Für andere Frequenzen wiederum ist der Quarz enorm hochohmig (57mH in Parallelresonanz mit den 18fF und der Halterungskapazität), und diese Anteile im Rauschspektrum sehen dann quasi einen Leerlauf. Ob der Quarz allerdings bei derart geringen Feldstärken, wie sie das thermische Rauschen eines Widerstands erzeugen kann, noch "funktioniert" weiss ich nicht. Schätze aber schon. Aber die Effekte werden dermassen gering sein, dass man sie wenn überhaupt nur mit astronomischem Aufwand messen kann. Ein üblicher Spekki mit seiner Rauschzahl von vielleicht 25..30dB wird das nicht mal ansatzweise messen können.
Natuerlich koennte man einen Quartz mechanisch anschwingen lassen. Wenn man denn ankoppeln koennte. Die Guete wird in der Region von 10^5..10^6 liegen. Nun ist ein Schwingquarz auch speziell aufgehaengt, dass er eben nicht koppelt. Wenn man den ausbaut und in den Dreck oder ins Wasser legt ist die Guete weg. Es waere denkbar 2 Schwingquarze mechanisch so aufzuhaengen, dass sie koppeln. An was Anderes zu koppeln macht wenig Sinn, die Frequenz sollte schon passen.
>Er erhält doch durch den Widerstand Rauschleistung auf der Nennfrequenz.
Nach dem 2. Hauptsatz der Thermodynamik kannst du aus thermischen
Rauschen keine geordnete Schwingung machen. Du brauchst zusätzlich
geordnete Energie.
Jeder resonanzfähige Körper kann aus einem weissen Rauschen seine Resonanzfrequenz herausheben. Beispiele: Die berühmte Muschel (oder ein anderer Hohlkörper) am Ohr oder bei sehr trennscharfen Empfängerfiltern das klingende Geräusch auch ohne Empfang.
Aus einem Rauschsignal kann man auch mit einem noch so schmalen Bandfilter keine Einzelfrequenz gewinnen. Mal einen Versuch starten: Rauschgenerator plus Bandpass ergibt wieder nur Rauschen, allerdings abhängig von der Bandbreite mit geringerer Amplitude
Siehe Prinzip Absorbtionfrequenzmesser. Nein ein Quartz ist kein Perpetum Mobile, und auch kein Energiesammler, eher ein Dipol. Namaste
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Ich bin nicht nur der Überzeugung, dass der Quarz schwingt, ich bin auch der Überzeugung, dass man diese Schwingung mit endlichem Aufwand messen kann. Im Ersatzschaltbild ist ein ohmscher Widerstand, und der ist real. Er generiert Widerstandsrauschen. Die extrem hochimpedanten Reaktanzen sorgen dafür, dass nur auf der Schwingfrequenz dieses Rauschen an den Anschlüssen sichtbar wird, und zwar mit genau der Rauschdichte, die dem Widerstand entspricht. Bei 10 Ohm wären das 0,41 nV/sqrt(Hz), und dass lässt sich sehr wohl messen, wenn man schmalbandig und rauscharm genug misst. Und genügend schmalbandig und rauscharm zu messen ist kein Hexenwerk, sondern Stand der Technik. Ob und inwiefern die thermische Molekularbewegung den Quarz auch mechanisch "durchgeschüttelt", bzw., ob das einen weiteren Beitrag liefert, oder ob genau dieser Effekt und das Widerstandsrauschen letztendlich ein und dasselbe sind, übersehe ich nicht. Tatsache ist, dass die thermische Molekularbewegung den Quarz auch mechanisch anregen muss, und der kann gar nicht anders, als auf seiner Frequenz "mitspielen". Energie kann man daraus natürlich ebenso wenig generieren wie aus dem thermischen Widerstandsrauschen.
Kar schwingt der Quarz auf seiner Frequenz, allerdings passt er sich immer wieder der Erregung an. Ist nichts anderes, als eine Schaukel. Nur ist es so, dass der Quarz sehr träge ist und nur bei bestimmten Frequenzen mitgeht. Messsen kann man das ganz sicher, wenn es schmalbandig genug ist, wobei der Quarz etwas breitbandiger wird, als er normal schwingt. Eigentlich ist das nichts anderes, als ein Filter!
ieee papers oder bei NIST findet man bestimmt schon was zu dem Thema. Da der Quarz nur auf einer Frequenz schwingen will, wird er den umliegenden Frequenzbereich unterdrücken. Da die Energie aber nicht verschwinden kann, wird sich die Amplitude auf seiner Resonanzfrequenz entsprechend erhöhen, so daß das Integral über die Frequenz insgesamt gleich seinem ESR sein wird.
Abdul K. schrieb: > Da die Energie aber nicht > verschwinden kann, wird sich die Amplitude auf seiner Resonanzfrequenz > entsprechend erhöhen, so daß das Integral über die Frequenz insgesamt > gleich seinem ESR sein wird. Das erfordert aber, daß er die Energie auch aufnimmt, was er nicht notwenigerweise auch tun muss, oder? Der Quarz kann doch auch "aufgeladen" im Leerlauf schwingen und komplett als Sperrkreis wirken, ohne was aufzunehmen - von Verlusten abgesehen. Der treibt dann nur eine "Spannung" dagegen. Oder nicht?
Da lädt sich nichts auf. Der Quarz ist elektrisch gesehen nichts anderes, als ein Bauteil, dessen Impedanz frequenzabhängig ist. Für gewisse Frequenzen ist er hochohmig, für andere niederohmig. Die spektralen Anteile eines weissen Rauschsignals, das am Quarz angelegt wird, werden entsprechend der frequenzabhängigen Impedanz mehr oder weniger kurzgeschlossen. Damit wird ein weisses Rauschen zu einem farbigen Rauschen. Man kann das ausnutzen, um z.B. mit einer breitbandigen Rauschquelle und eines Spekkis den skalaren Frequenzgang irgendwelcher Komponenten zu messen.
harald schrieb: > Aus einem Rauschsignal kann man auch mit einem noch so schmalen > Bandfilter keine Einzelfrequenz gewinnen. > Mal einen Versuch starten: Rauschgenerator plus Bandpass ergibt wieder > nur Rauschen, allerdings abhängig von der Bandbreite mit geringerer > Amplitude Mir scheint, Du denkst, dass nicht sein kann, was nach Deiner Theorie nicht sein darf. Jedes Kind weiss, dass ein Hohlkörper am Ohr ein Rauschsignal entsprechend seiner Eigenfrequenz liefert und sagt dann : Ich höre das Meer rauschen! Jeder Funkamateur weiss, dass die Aufnahme schwacher Signale nur bis zu einer gewissen Minimal-Bandbreite besser wird, darunter wird das Signal durch das konstante Hintergrundklingen des Filters wieder schwieriger. Natürlich ist das kein perpetuum mobile, sondern das Filter unterdrückt lediglich abseitige Frequenzen. Auch wenn Du es Dir nicht vorstellen kannst: Bei Deinem Versuch geschieht in Wirklichkeit das Umgekehrte. Mit zunehmender Bandbreite sinkt die Rauschamplitude.
Sehr interessant,seit wann erhöht sich die Rauschspannung eines Widerstandes bei geringerer Messbandbreite? Wird jetzt die Nyquistformel umgeschrieben und die Bandbreite steht dann im Nenner statt im Zähler
Ich konnte noch mit keiner Muschel am Ohr einen Sinuston aus dem Rauschen hören. Rauschen bleibt Rauschen,egal bei welcher Bandbreite
hat mal einer ein Rauschen durch einen schmalbandigen Filter geschickt? Was kommt dabei heraus?
Schwingung. Ja und Nein: Der Quarz macht nichts anderes als das Thermische Rauschen was an ihm anliegt zu filtern. Danach hast du immernoch Rauschen, wenn auch mit einer sehr kleinen Bandbreite. Was du NICHT hast, ist ein schönes gleichmäßiges Sinus-Signal. Was du hingegen schon hast, ist mal ne Schwingung, mal wieder nicht. Mit ständig ändernder Phase. Manchmal vergrößert das Rauschen die Amplitude wenn es Phasenrichtig anliegt, mal verkleinert es die Amplitude wenn es außer Phase anliegt. Liegt es weiterhin außer Phase an, baut sich eine Schwingung mit umgedrehter Phase auf... die natürlich später wieder abgebaut wird. Stell dir vor wählst einen Startpunkt in der komplexen Ebene und addierst zufällige komplexe Zahlen drauf. Dein Punkt wird wahllos durch die Ebene wandern. Zu jedem Zeitpunkt ist der Betrag deine Amplitude und die Phase eben... naja, deine Phase. Im Mittelwert ergibt sich das ganze natürlich zu null. Wo kommt die Energie dafür her? Aus dem thermischen Rauschen. Was passiert mit der Energie, die im ESR verbraucht wird? Geht wieder ins thermische Rauschen. Genau dieses Thema hatten wir hier schonmal im Forum, müsstest du über die SuFu finden können. Hier muss man wieder nach dem hinterstehenden Modell fragen. Das vereinfachte Modell um damit zu rechnen sagt: "Am Widerstand liegt eine Rauschspannung an, diese wird vom Quarz gefiltert" Die Physik sagt: "Die Elektronen bewegen sich zufällig, da das Material Temperatur ungleich Null hat. Im Gegensatz zu einem normalen Widerstand erlaubt der Quarz nur Schwingungen mit gewissen Frequenzen konstruktiv miteinander zu interferieren. Und eben nur dieses Signal kann man von außen messen." Deswegen ist auch ersichtlich dass der Quarz auch mechanisch schwingen muss. Warum sollte sofort klar sein: Der Quarz ist ein Material welches mit dem angelegtem Elektrischen Feld wechselwirkt. Das Modell sagt, das Elektrische Signal wird auch auf den Quarz übertragen. Die Physik dahinter sagt, diese Wechselwirkung erlaubt für weitere Freiheitsgrade die thermisch angeregt werden können. Ist sowas schwer zu messen? Mit Privatmitteln ja. Ist sowas im Labor zu messen? Aber sicher!
BASTI schrieb: > Ich konnte noch mit keiner Muschel am Ohr einen Sinuston aus dem > Rauschen hören. Hat auch niemand behauptet, nur dass abseitige Töne unterdrückt werden und das ist etwas anderes. Im Grunde hat der Beitrag > Autor: IUnknown (Gast) > Datum: 02.11.2017 08:04 die Sache am besten beschrieben.
IUnknown schrieb: ... punktgenau genau die richtige Antwort. Wenn es hier andere Meinungen gibt, basieren die offensichtlich auf einer anderen Interpretation der ursprünglichen Frage: Theo M. schrieb: > ob schon der unbeschaltete Quarz schwingt. Er hat nicht gefragt, ob dabei eine reine Sinusschwingung heraus kommt! Ja, der Quarz schwingt, und ja, das Ergebnis ist _schmalbandiges Rauschen_. Genau, wie schon eloka schrieb: > Klar schwingt der Quarz auf seiner Frequenz, allerdings passt er sich > immer wieder der Erregung an. > ... > Eigentlich ist das nichts anderes, als ein Filter! Wieso eigentlich? Es ist ein Filter! Nebenbei, im Audiobereich hört sich ein ausreichend schmalbandig gefiltertes Rauschen wie ein rauer Pfeifton an, es bleibt aber statistisch schwankend, also Rauschen.
Angehängte Dateien:
-
Rauschfilter.png
39 KB
● J-A V. schrieb: > hat mal einer ein Rauschen durch einen schmalbandigen Filter > geschickt? Ja, und hier noch einmal für alle Interessierten, auch weil ich es gerade relativ einfach aufbauen konnte: Das Rauschen wurde ganz einfach durch einen rauschenden Vorverstärker erzeugt (deswegen auch ein leichter 50 Hz-Brumm), danach ein zufällig vorhandener, ziemlich schmalbandiger Bandfilter (ca. 3,8 kHz), beides aufgezeichnet: Links: Das ungefähr weiße Rauschen (mit Brummen) Rechts: Gefiltert und erheblich verstärkt > Was kommt dabei heraus? Einmal stark gezoomt, man sieht, wie der Filter, wie schon beschrieben ein- und wieder ausschwingt. Darunter: weniger stark gezoomt, die Hüllkurven über längere Zeit. Dazu das Spektrum des gefilterten Signals. Im Anhang auch das .wav (ich weiß nicht, was .mp3 aus Rauschen machen würde). Hört es euch an und entscheidet, ob ihr das als Pfeifen, Rauschen oder was auch immer bezeichnen würdet. Der Schwingkreis, hier genauer die Schwingkreise, schwingen jedenfalls, genau, wie es der Quarz auch machen würde.
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