Quarzschaltungen

Quarzschaltungen bezeichnen elektronische Schaltungen, in denen Quarzkerne als frequenzbestimmendes Element verwendet werden. Durch den piezoelektrischen Effekt wirkt ein Quarzquarz als hochauflösendes Resonatorbauteil, das in Oszillatoren oder Filtern eine sehr stabile Frequenz festlegt. In Oszillatorschaltungen wird der Kristall in einer Rückkopplungsschleife mit einem Verstärker eingesetzt, wodurch eine gleichmäßige Schwingung entsteht. Typische Topologien sind Pierce- und Colpitts-Oszillatoren, bei denen der Kristall die Frequenzstabilität liefert und der Rest der Schaltung die Verstärkung und Rückkopplung steuert.

Quarzresonatoren arbeiten bevorzugt im Fundamental- oder Overtone-Betrieb. Die Frequenzstabilität hängt von mehreren Faktoren ab, darunter der Kristallart (Beispiel: AT-Cut für gute Temperaturstabilität), die Lastkapazität, der Ansteuerpegel und Alterung. Temperaturabhängigkeiten werden durch temperaturkompensierte Schaltungen (TCXO) oder hochexakte Ofenblock-Stabilität (OCXO) reduziert. Kristallfilter nutzen zwei Portresonatoren, um sehr schmale Bandbreiten zu ermöglichen und Störsignale in Radio- und Messschaltungen abzuschneiden. Sie bieten eine hohe Güte (Q) und frequenzstabile Mittenfrequenzen, typischerweise im IF-Bereich von Radiosystemen.

Wichtige Merkmale sind geringe Frequenzdrift, gute Langzeitstabilität und relativ geringe Leistungsaufnahme, jedoch begrenzt durch Alterung, temperaturbedingte Drift und Anforderungen an festgelegte Lasten. Anwendungen finden sich in Frequenzreferenzen für Uhren, Mikrocontroller, Kommunikations- und Messsysteme sowie in Quarzfiltern in Empfängern und Sendeschaltungen. Typische Referenzfrequenzen sind 32,768 kHz für Echtzeituhrbausteine und diverse MHz- bzw. GHz-Bandquarzresonatoren für Hochfrequenzanwendungen.