Uhrenquarz

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Ein Uhrenquarz ist ein spezieller Schwingquarz, der als Taktgeber unter anderem in Quarzuhren und Echtzeituhren Verwendung findet. Seine Frequenz beträgt 32,768 kHz = 32 768 Hz = 215 Hz [1][2] (in der für Deutschland und Österreich genormten Schreibweise von Zahlen). Er wird in Form einer miniaturisierten Stimmgabel ausgeführt und in ein zylindrisches Gehäuse (Durchmesser typ. 2 … 3 mm) mit Drahtanschlüssen oder in einen quaderförmigen SMD-Baustein eingebaut.

Nahaufnahme eines Uhrenquarzes (ohne Gehäuse)

Allgemeines[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

eingebaute Uhrenquarze

Uhrenquarze schwingen aufgrund der besonderen Form mit einer vergleichsweise sehr niedrigen Grundfrequenz. Der Stromverbrauch elektronischer Schaltungen in der verbreiteten CMOS-Halbleitertechnik nimmt bei steigender Taktfrequenz zu. Durch die Wahl einer niedrigen Frequenz können besonders stromsparende Quarzoszillatoren mit Batterieversorgung, wie sie bei Uhrensystemen und Quarzuhren üblich sind, realisiert werden. Die Leistungsaufnahme eines Uhrenquarzes liegt bei maximal 1 μW.[3][4] Als Oszillatorschaltung für Uhrenquarze wird üblicherweise die Pierce-Schaltung verwendet.

Die Frequenz eines Uhrenquarzes ist außerdem wegen ihrer einfachen Teilbarkeit festgelegt, um den für Uhrensysteme wesentlichen Sekundenpuls ableiten zu können. Die Halbierung einer Frequenz ist schaltungstechnisch mittels eines T-Flipflops mit geringem Aufwand möglich. Eine Reihenschaltung von 15 T-Flipflops kann so aus der Quarzfrequenz von 215 Hz die Frequenz von 1 Hz generieren, welche bei elektro-mechanischen Quarzuhren zur Ansteuerung des Lavet-Schrittmotors dient.

Uhrenquarze sind im Quarzschnitt X oder XY ausgeführt. Die Stimmgabel wird aus dem Quarz mechanisch durch Sägen oder mittels Ätztechniken geformt. Auf die Zinken werden die metallischen Elektroden aufgedampft, die mit den äußeren Anschlüssen verbunden werden.

Die relative Grenzabweichung bei der Bezugstemperatur von 25 °C ist für einen Konsum-Artikel ganz ungewöhnlich gering und liegt im Bereich von 20 ppm.[3][4] Dieselbe relative Grenzabweichung gilt auch für die heruntergeteilte Frequenz und die Periodendauer des Sekundenpulses. Der Temperatureinfluss auf die Frequenz wird durch eine Parabel angegeben

mit einer Parabelkonstanten , welche bei Uhrenquarzen im Bereich von 0,04 ppm/°C2 liegt.[3][4] In der Umgebung der Bezugstemperatur ist der Einfluss besonders gering. Eine Abweichung von um ±5 °C bewirkt eine Frequenzabweichung um –1 ppm.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Elmar Schrüfer, Leonhard M. Reindl, Bernhard Zagar: Elektrische Messtechnik: Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen. Hanser, 11. Aufl., 2014, S. 326
  2. Joachim Heintze: Lehrbuch zur Experimentalphysik, Band 3: Elektrizität und Magnetismus. Springer, 2016, S. 60
  3. a b c Technisches Datenblatt SXCT2-S (PDF; 65 kB), SMD-Uhrenquarz, abgefragt 3. September 2010
  4. a b c Technisches Datenblatt MH32768C/L, zylindrischer Uhrquarz, abgefragt 17. Februar 2018