Hallo zusammen, ich habe eine Frage und hoffe diese kann hier beantwortet werden. Es geht um Quarzoszillatoren und wie diese funktionieren. Ich weiß das diese mit dem Piezoeffekt funktionieren aber weiß nicht GENAU wie diese dauerhaft schwingen. Meine vermutung ist folgende: Ich lege eine feste Spannung an (sagen wir 5V) und dadurch wird mein piezoelektrische Material durch den inversen Piezoeffekt verformt. Dies jedoch sorgt für eine "Spannungsänderung", wegen dem direkten Piezoeffekt. Ab hier würde das ganze jedoch wieder von vorne losgehen. Da ich aber damit rechne, das die verluste größer sind als der Effekt selber, dürfte die Schwingung nicht ewig anhalten. Habe ich es bishierhin falsch verstanden oder liege ich richtig? Liegt mein Problem villeicht darin, dass ich mir eine Schaltung vorstelle, in der ein Quarz ein µC antreibt und dieser von einem 7805 angetrieben wird? Soweit so gut, ich hoffe ihr könnt mir aufschluss gewähren, denn ich bin langsam ratlos und weiß nicht mehr wirklich weiter. Danke im vorraus und schonmal eine gute Nacht
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Also verstehe ich das richtig, es wird einmal eine Spannugn angelegt und dann Schwingt es unendlcih lange?
piezo schrieb: > Habe ich es bishierhin falsch verstanden oder liege ich richtig? Eher nein. Ganz geob: Der Quarz ist als Rückkopplung eines Verstärkers geschaltet. Da nichts ganz rauschfrei ist, reichen geringe Beiträge bereits, dass sich das Signal aufschaukelt. Wie Mikrofon und Lautsprecher bei einer Rückkopplung auf der Bühne. Der Quarz nun sorgt dafür, dass diese Rückkopplung nur für eine einzige Frequenz groß ist, alle anderen werden stark gedämpft und können sich nicht aufschaukeln. Er bestimmt durch seinen Aufbau / mechanischen Abmessungen und Geometrie, dass er nur für eine Frequenz so wenig Dämpfung hat, dass die Schwingung aufrecht erhalten wird. Er regt also nichts an, sondern wirkt wie ein Filter, das nur eine Frequenz durchlässt. Der Verstärker gleicht die restliche Dämpfung - das von dir erwähnte Ausschwingen, wieder aus. > Liegt mein Problem villeicht darin, dass ich mir eine Schaltung > vorstelle, in der ein Quarz ein µC antreibt und dieser von einem 7805 > angetrieben wird? Damit hat es nichts zu tun. Die 5V oder eine andere Spannung ist notwendig, um den erwähnten Verstärker zu betreiben.
piezo schrieb: > Also verstehe ich das richtig, es wird einmal eine Spannugn > angelegt und dann Schwingt es unendlcih lange? Nein, nein. Was schwingt ist immer ein Oszillator und nicht der Quarz alleine. Das frequenzbestimmende Bauteil eines Oszillators kann ein Quarz sein. Ein Oszillator kann dann so aufgebaut sein wie oben beschrieben. Ein Pendel schwingt nach dem Anstoßen auch nicht ewig weiter. Beim Mikrocontroller befindet sich der aktive Teil des Oszillator innen drin. https://m.youtube.com/watch?v=I4bAfDu6F1k MfG
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piezo schrieb: > Ich lege eine feste Spannung an (sagen wir 5V) und dadurch wird mein > piezoelektrische Material durch den inversen Piezoeffekt verformt. Dies > jedoch sorgt für eine "Spannungsänderung", wegen dem direkten > Piezoeffekt. Ab hier würde das ganze jedoch wieder von vorne losgehen. Ja, aber schwingen tut der Piezo nur, wenn du eine Wechselspannung verwendest. Viele der Piepser in Weckern etc. funktionieren so. Es gibt auch Piezoelektrische Elemente, die mit einer variablen Gleichspannung angesteuert werden und dann als Positionierer dienen. Z.B. wurde die Spurlage des Magnetkopfes im VHS-Videorecorder damit um ein paar µm justiert. Piezostapel betätigen auch die Nadelventile von Einspritzermotoren in KFZ. Ein Schwingquarz ist lediglich ein sehr verlustarmer mechanischer Resonator, der auch piezoelektrische Eigenschaften hat. Die Resonanzfrequenz wird durch die mechanischen Abmessungen festgelegt und i.d.R. durch Abschleifen sehr fein eingestellt. Auf den Kristall aufgedampfte Metallelektroden ermöglichen es sowohl durch das Anlegen einer elektrischen Spannung den Quarzkristall zu verformen, als auch eine Verformung als elektrische Spannung festzustellen. Bei den 32kHz-Stimmgabelquarzen, wie sie heute in den meisten Quarzuhren verwendet werden, evakuiert man das Gehäuse, um die Abstrahlung von (Ultra-)Schall und die daraus resultierende Dämpfung zu vermeiden. Auf diese Weise kann man erreichen, dass eine einmal angeregte Schwingung erst nach 80.000 bis 100.000 Perioden um 30% abgeklungen ist. Ein Nebeneffekt davon ist, dass die Resonanz sehr schmal und die Resonanzfrequenz sehr konstant ist. Man kann diesem mechanischen und mit Elektroden versehenen Resonator ein elektrisches Ersatzschaltbild zuordnen, das aus der Reihenschaltung einer Induktivität, einer Kapazität, und einem für die Verluste verantwortlichen Widerstand besteht. Im Falle des erwähnten Uhrenquarzes liegt die Induktivität des Ersatzschaltbildes im Bereich von einigen Kilohenry, und die Kapazität hat die Größenordnung Femtofarad. Der Verlustwiderstand beträgt einige hundert Ohm. Um aus solch einem mit Elektroden versehenen Quarzkristall einen Quarzoszillator zu machen, muss man nur noch die bei jeder Schwingung verloren gegangene Energie im "richtigen Moment" ersetzen. Ein einzelner Transistor reicht dafür völlig aus. Den "richtigen Moment" erwischt man, indem man die Phasenverschiebung von Strom und Spannung auswertet, was schaltungstechnisch zum Glück sehr einfach ist. Unterhalb der Resonanzfrequenz hat der Quarz (und das Ersatzschaltbild) kapazitive Eigenschaften und einen sehr hohen Scheinwiderstand. Oberhalb der Resonsanzfrequenz hat der Quarz (und das Ersatzschaltbild) induktive Eigenschaften und ebenfalls einen sehr hohen Scheinwiderstand. Nur genau bei der Resonanzfrequenz heben sich der induktive und der kapazitive Blindwiderstand gegenseitig auf und nur der relativ niedrige Verlustwiderstand bleibt übrig. Deshalb ist der Quarz auch nur bei der Resonanzfrequenz niederohmig und man kann nur dort die zum Entdämpfen nötige Energie zuführen. Auf Feinheiten wie den Unterschied von Parallel- und Serienresonanz, die den Einfluss der Elektroden- und Zuleitunskapazitäten berücksichtigen und zu geringfügig verschiedenen Schwingfrequenzen führen, will ich hier nicht eingehen. Bei heutigen Oszillatorschaltungen wird meist die Serienresonanz genutzt.
Guckt mal hier im Quarzkochbuch: https://www.axtal.com/English/TechnicalNotes/QuarzkochbuchQuarzCrystalCookbook/ Bernd Neubig ist der "Quarzpapst".
...doch doch, das geht schon so mit dem 5V Anlegen, Kurz 5 V anlegen und dann schnell umpolen und wieder 5V anlegen. Wenn Du das z.B. 1000 mal pro Sekunde machst, gibt dir der Piezo- Schwinger einen Ton von 1kHz aus. Ganz einfach also.
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