Auf den ersten Blick ist es uns vielleicht nicht bewusst, doch ein großer Teil der elektronischen Geräte wäre ohne die Möglichkeit einer genauen Zeitmessung nicht funktionsfähig. Ermöglicht wird dies durch kleine und kostengünstige, jedoch äußerst wichtige Quarzoszillatoren. In diesem Artikel stellen wir Ihnen eine Gruppe von Bauteilen vor, dank derer so gut wie alle heutigen Uhren, Mikroprozessoren und eine breite Palette anderer Geräte funktionieren.
Schaltbild eines LC-Resonators. Seine Frequenz hängt von der Kapazität des Kondensators und der Induktivität der Spule ab.[/caption] Mit Siliziumkristallen basierende Resonatoren wurden bereits in den 1920er Jahren entwickelt. Aufgrund ihrer wesentlich höheren Frequenzstabilität wurden sie schnell zum Standard in der damaligen Radiotechnik. Sie waren auch lange Zeit die genauesten Geräte zur Zeitmessung, bis die Atomuhr erfunden wurde. Anfangs wurden Quarzoszillatoren aus natürlichen Kristallen hergestellt. Die steigende Nachfrage nach diesem Rohstoff, besonders während des Zweiten Weltkriegs, leitete Forschungen zur Herstellung von synthetischem Quarz ein. Die Entwicklung einer hydrothermalen Methode in den 1950er Jahren ermöglichte die großtechnische Zucht von Quarzkristallen. Heute werden praktisch alle in der Elektronik verwendeten Kristalle synthetisch hergestellt.
Im Inneren eines Quarzoszillators. Sichtbar ist ein Scheibenförmiger Siliziumkristall samt angeschlossenen Elektroden.[/caption] Das Signal von den Elektroden des schwingenden Kristalls wird von der Oszillatorschaltung verstärkt und dann wieder an den Kristall zurückgegeben - es findet eine positive Rückkopplung statt. Mit jedem Schwingungszyklus verstärken sich die Schwingungen, bis sich das System stabilisiert hat. Am Ausgang des Oszillators erhält man dann ein stabiles Signal mit typischerweise rechteckförmigem Verlauf, das beispielsweise als Taktsignal verwendet werden kann.
Der auf dem Bild sichtbare Quarz Q3 mit 12 MHz ist für die Taktung des STM32-Mikrocontrollers verantwortlich. Der zusätzliche Quarz Q2 ist Teil der Echtzeituhr-Schaltung.[/caption] Eine weitere Gruppe bilden SAW-Resonatoren (Surface Acoustic Wave), deren Frequenzbereich von mehreren zehn MHz bis zu einigen GHz reicht. Sie werden hauptsächlich in der Funkkommunikation verwendet, um Frequenzen zu stabilisieren und als hochwertige Filter. Wie andere Quarzoszillatoren zeichnen sie sich durch hohe Genauigkeit und Frequenzstabilität bei vergleichsweise niedrigen Kosten aus. Ein einzelner SAW-Resonator ermöglicht eine präzise Wahl der Arbeitsfrequenz eines Senders oder Empfängers, erlaubt aber keine Frequenzregelung. Deshalb sind sie ideal für kostengünstige Fernbedienungen, etwa Torfernbedienungen, Alarmsysteme oder andere Haushaltsgeräte. Man findet sie auch in Funkgeräten im ISM-Band und in Fernseh-Empfängern. Betrachten wir ein Beispiel eines SAW-Resonators – unser Angebot WTL2Y36723PZ mit 433,92 MHz. Dies ist eine effektive Lösung für Fernbedienungen - sie ermöglicht die Erstellung einfacher und günstiger Funk-Sender oder empfänger mit wenigen Bauteilen. In der nachstehenden Tabelle sind die wichtigsten Parameter des WTL2Y36723PZ-Resonators aufgeführt:
| Symbol | WTL2Y36723PZ |
| Typ | SAW-Resonator |
| Frequenz | 433,92 MHz ±75 kHz |
| Montage | SMD |
| Gehäuse | 3,2×2,5 mm |
| Betriebstemperaturbereich | -40°C bis +85°C |