Hallo, Ich setze mich momentan mit Quarzoszillator-Schaltungen auseinander. Dabei verstehe ich das so, das ein Quarz je nach seinem Schnitt eine gewisse Frequenz erreichen kann. Um jedoch überhaupt zu Schwingen muss ihm eine Spannung zugeführt werden, wodurch der Quarz sich verformt. Daraus resultiert, dass der Quarz wieder Spannung erfährt. So habe ich meine Schwingung. Diese müsste doch mit der Zeit abnehmen. Wenn ich mir jetzt die Schaltung auf Wikipedia ansehe(Pierce Schaltung) dann sehe ich dort 2 invertierende Operationsverstärker. Im Text steht, dass der 2 als Verstärker dient, wofür wird der erste verwendet? Meine Idee ist folgende: Die Schwinungen des Quarzes ergebit eine Sinuskurve. Diese ist Verlustbehaftet und wird mit dem ersten OP kompensiert. Dies führt zu einer Phasendrehung von 180°. Der zweite OP sorgt ebenfalls um eine Phasendrehung von 180° und verstärkt das Signal so, dass die Ausgangssignalform vom Sinus zum Rechteck gewandelt wird. Ist meine Annahme korrekt?
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Quarz schrieb: > Ist meine Annahme korrekt? Nö. Man braucht 2 Inverter, damit das Signal wieder in gleicher Phase ist. Bei Oszillatoren aus 1 Transistor gibt es ja auch keine 2 Inverter, es gibt also keinen prinzipiellen Grund für die Aufteilung in 2. Die Verstärkung ist höher als 1, und weil das Signal ja dauernd rumläuft wird jedes kleinste Signal bis zur Unendlichkeit verstärkt. Der Quartz bildet einen Filter, so daß nur die Frequenz verstärkt wird, die zum Quartz passt. Damit ist auch klar wie der Oszillator startet: Durch immer vorhandene kleinstes Rauschen, da pickt er sich die Frequenz des Quartzs durch wiederholte Verstärkung als einzige Schwingung raus.
Okay verstanden. Also ist das eigentliche Signal was ein Quarz bzw. die Pierceschaltung erzeugt kein Sinussignal, sondern tatsächlich ein Rechtecksignal.
Quarz schrieb: > Also ist das eigentliche Signal was ein Quarz bzw. die Pierceschaltung > erzeugt kein Sinussignal, sondern tatsächlich ein Rechtecksignal. Nö, das hängt von der Wahl des Arbeitspunktes ab. Quarze vertragen nur eine bestimmte Leistung, daher limitiert man oft die Amplitude der Ansteuerung. Der Oszillator erzeugt dann irgendeinen verzerrten Sinus, meist kein Rechteck. Wenn die Verstärkung ideal so klein ist, dass wirklich nur die Verluste kompensiert werden, ist es ein Sinus.
Christian S. schrieb: > Dasda? Da ist extra noch ein Gatter mit Schmitt-Trigger-Eingang dahinter gemalt, damit schöne rechte Eckchen herauspurzeln.
Quarz schrieb: > Also ist das eigentliche Signal was ein Quarz bzw. die Pierceschaltung > erzeugt kein Sinussignal, sondern tatsächlich ein Rechtecksignal. Nein, ein Schwingquarz ist, genau wie eine Glocke, ein Fadenpendel, oder die Kombination von Feder und Masse, ein mechanischer Resonator, bei dem die Energie abwechselnd als potentielle Energie (gespannte Feder) oder als kinetische Energie (bewegte Masse) gespeichert ist. Wenn dann auch noch, -was für kleine Amplituden meist zutrifft-, lineare Zusammenhänge gelten wie Kraft = Masse * Beschleunigung, und Kraft = Federkonstante * Weg, dann führt die mathematische Analyse des Zusammenspiels automatisch auf einen sinusförmigen Verlauf im Zeitbereich. Im wirklichen Leben werden solche Schwingungen stets gedämpft, weil z.B. ein Schwingquarz Ultraschall abstrahlt. Bei elektrischen Schwingkreisen kann man modellhaft einen Wirkwiderstand einfügen, der einen Teil der Schwingungsenergie in Wärme verwandelt und so die Schwingung dämpft. Der Trick aus einem Resonator (Schwingquarz, LC-Schwingkreis) einen Oszillator zu machen ist einfach, dass man mittels einer Verstärkerschaltung die bei jeder Schwingung verloren gegangene Energie im passenden Takt ersetzt. Formell ist das ein negativer Widerstand, der die Wirkung des Verlustwiderstands gerade aufhebt oder sogar ein bischen überkompensiert. Dafür wurden eine ganze Anzahl von Schaltungen konzipiert; die nach dem Herrn Pierce benannte ist nur eine davon. Dieses Anstossen des Resonators oder Schwingkreises im passenden Takt muss auch nicht unbedingt mit einer sinusförmigen Schwingung geschehen, man kann dafür auch rechteckförmige oder sogar Nadelimpulse verwenden. Das ist dann oft auch die Form des Ausgangssignals, wähend der Resonator immer noch eine sinusförmige Schwingung vollführt Wie bei einer Kinderschaukel muß die Zufuhr der verloren gegangenen Energie nicht unbedingt bei jeder Schwingung geschehen. Wenn der Resonator eine einigermaßen hohe Güte (=geringe Dämpfung) hat, genügt es ihn z.B. nur in jeder 3. oder jeder 5. Schwingung anzustossen. Davon macht man z.B. in Frequenzvervielfachern Gebrauch.
Quarz schrieb: Vieles, das subtil falsch ist ... > Dabei verstehe ich das so, das ein Quarz je nach seinem Schnitt eine > gewisse Frequenz erreichen kann. Der Schnitt, was die Kurzform von "die Orientierung, mit der der Schwingquarz aus dem Rohmaterial geschnitten wird" ist, hat mit der Schwingfrequenz eher wenig zu tun. Entscheidend für die Frequenz sind die mechanischen Abmessungen des verwendeten Quarzplättchens und der Schwingungsmode (vulgo: welche Art der Verformung; z.B. Biegeschwingung oder Längenschwingung oder Flächenscherschwingung; siehe [1]) Der Schnitt beeinflußt Nebenkennwerte wie z.B. die thermische Stabilität des sich ergebenden Resonators.. > Um jedoch überhaupt zu Schwingen muss > ihm eine Spannung zugeführt werden, wodurch der Quarz sich verformt. Jein. Der Quarz ist ein mechanischer Resonator. Genauso wie eine Gitarrensaite oder ein chinesischer Gong. Wie man diesen Resonator anschubst, ist im Prinzip egal. Aber wenn es um die Erzeugung von elektrischen Schwingungen geht, ist es natürlich sinnvoll, den Quarzkristall über den Piezoeffekt anzustoßen. Und weil dieser Effekt in beiden Richtungen funktioniert, kann man einerseits den Quarz über das Anlegen einer Wechselspannung in Schwingungen versetzen und andererseits die Schwingungen des Kristalls als elektrische Spannung abnehmen. > Daraus resultiert, dass der Quarz wieder Spannung erfährt. Keine Ahnung, was du damit sagen willst. > Wenn ich mir > jetzt die Schaltung auf Wikipedia ansehe(Pierce Schaltung) dann > sehe ich dort 2 invertierende Operationsverstärker. Ein Link wäre schön gewesen. Aber die Pierce-Schaltung wird typisch nicht mit OPV, sondern mit Logikgattern aufgebaut. Als eigentlicher Oszillator dient dabei nur das erste Gatter. Aber weil das an seinem Ausgang kein Rechtecksignal mit steilen Flanken erzeugt, sondern eher einen Sinus mit abgeschnittenen Spitzen, setzt man gern ein zweites Gatter dahinter, das daraus ein knackiges Rechtecksignal erzeugt. > Meine Idee ist folgende: Die Schwinungen des Quarzes ergebit eine > Sinuskurve. Diese ist Verlustbehaftet und wird mit dem ersten OP > kompensiert. Das ist Wischiwaschi. Es wird nichts "kompensiert". Und es gibt auch keine abklingende Schwingung, weil der Quarz nicht nur einmal angestoßen wird, sondern kontinuierlich immer wieder. Beim Pierce-Oszillator bildet der Quarz mit den beiden Ziehkondensatoren einen Pi-Filter, der bei der Resonanzfrequenz des Quarzes gerade 180° Phasenverschiebung hat. In Verbindung mit den 180° Phasenverschiebung durch den invertierenden Verstärker ergibt sich die Schwingbedingung von n·360° Phasenverschiebung. So schwingt die Schaltung als Ganzes eben auf der Resonanzfrequenz des Quarzes. [1] https://de.wikipedia.org/wiki/Schwingquarz#Schwingungsformen
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