Was sind Schwingquarze und wofür werden diese eingesetzt?
Schwingquarze sind elektromechanische Bauteile und werden eingesetzt um Frequenzen mit hoher Genauigkeit und Konstanz zu stabilisieren.
Schwingquarze dienen als Resonator in Oszillatoren, d.h. sie stellen das frequenz-bestimmende Element eines Oszillators dar
Was ist der Unterschied zwischen Resonator und Oszillator?
Ein Resonator ist ein passives schwingfähiges System, das:
bei einer oder mehreren Resonanzfrequenzen besonders stark schwingt,
aber keine Energie selbst erzeugt,
sondern nur auf eine äußere Anregung reagiert (z. B. Impuls, Rauschen, Anregungssignal).
Ein Oszillator ist ein aktives System, das:
selbstständig eine dauerhafte Schwingung erzeugt,
dafür Energie aus einer Versorgung bezieht,
und die Verluste des Resonators durch aktive Verstärkung genau ausgleicht.
Was ist das elektromechanische Wandlungsprinzip eines Schwingquarzes? Erklären Sie kurz
Das Wandlungsprinzip des Schwingquarzes ist der piezoelektrische Effekt: Elektrische Wechselspannung erzeugt mechanische Schwingung im Quarz, und diese mechanische Schwingung wird wieder in ein elektrisches Signal zurückgewandelt.
Was sind Quarzschnitte und warum sind diese von Bedeutung?
Quarzschnitte sind bestimmte Orientierungen, in denen ein Quarzkristall relativ zu seinen Kristallachsen geschnitten wird, um eine gewünschte Schwingungsart und Frequenzstabilität zu erhalten.
Sie sind von großer Bedeutung, weil sie Schwingungsart, Resonanzfrequenz, Temperaturstabilität, Güte und Langzeitstabilität eines Schwingquarzes festlegen.
Welche Schwingungsformen kommen bei Quarzen zum Einsatz?
Skizzieren Sie den Aufbau eines Schwingquarz und beschriften Sie die einzelnen Komponenten?
Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes und beschriften Sie alle Bauteile?
Welche Komponenten des Ersatzschaltbildes eines Quarzes sind elektrisch direkt messbar?
Direkt elektrisch messbar ist nur die Parallelkapazität C0
Wie können Sie die einzige elektrisch direkt messbare Komponente des Ersatzschaltbildes eines Schwingquarzes berechnen?
Wie wird das Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes genannt?
Das Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes nennt man Butterworth–Van-Dyke-Ersatzschaltbild (oft kurz BVD-Ersatzschaltbild)
Welche zwei Resonanzen treten beim Schwingquarz (Grundmode) auf?
Short Circuit Resonanz (seroenresonanz)
Open Circuit Resonanz (parallelresonanz)
Erklären Sie die Bedeutung der Begriffe Short-Circuit Resonance und Open-Circuit Resonance eines Schwingquarzes?
Wie berechnen Sie die beiden Resonanzfrequenzen eines Schwingquarzes unter Annahme einer hohen Güte?
Erklären Sie die Bedeutung der Begriffe Serien- und Parallel Resonanz eines Schwingquarzes?
Erklären Sie die Bedeutung der Begriffe Resonanz- und Antiresonanz eines Schwingquarzes?
Skizzieren Sie Betrag und Phase aufgetragen über der Frequenz eines Schwingquarzes.
Markieren Sie ohmsche, induktive und kapazative Bereiche.
Markieren Sie Serien und Parallel Resonanz.
ws entspricht serienresonanz
ohmsch-kapazitiv, da -90 grad
Skizzieren Sie Real und Imaginärteil aufgetragen über der Frequenz eines Schwingquarzes. Markieren Sie Serien und Parallel Resonanz.
Zeigen Sie den Ansatz für die Berechnung der beiden Resonanzfrequenzen eines Schwingquarzes über das BvD Ersatzschaltbild. Wann ist dieser Ansatz empfehlenswert?
Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Oszillators. Beschriften Sie alle Komponenten.
Nennen Sie die Schwingbedingungen (Barkhausen Kriterium) einer Oszillatorschaltung und erklären Sie diese kurz.
Was bedeuten die Begriffe Rückkopplung, Gegenkopplung und Mitkopplung genau?
Rückkopplung: Ein Teil des Ausgangssignals eines Systems wird auf den Eingang zurückgeführt und dort mit dem Eingangssignal verrechnet (überlagert).
Gegenkopplung:
Das zurückgeführte Signal wirkt dem Eingangssignal entgegen (subtrahierend).
Mitkopplung:
Das zurückgeführte Signal addiert sich zum Eingangssignal und verstärkt es weiter
Zeichnen Sie einen einfachen Quarzoszillator mit einem Operationsverstärker.
Skizzieren Sie einen Gate Oszillator in CMOS (Pierce) und nennen Sie die Vorteile dieser Topologie. Beschriften Sie alle Komponenten und geben Sie an warum diese benötigt werden
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