Was passiert dabei?
Der Quarzkristall wird so geschliffen und geschnitten (meist AT-Schnitt), dass er bei Anlegen einer Wechselspannung im MHz-Bereich in einem bestimmten Schubmodus schwingt. Der Quarz bewegt sich dabei nicht in Längsrichtung oder quer zur Oberfläche, sondern die Schwingung verläuft in der Ebene des Kristalls, also wie ein seitliches „Scheren“.
Die entstehende Bewegung erinnert an zwei Platten, die aufeinanderliegen und gegeneinander verschoben werden – das ist die "Scherungs"-Bewegung.
Funktionsweise im Detail
- AT-Schnitt:
- Der Quarzkristall wird in einem bestimmten Winkel zur Kristallachse geschnitten (etwa 35°15’ zur Z-Achse).
- Dieser spezielle Schnitt erzeugt die erwünschte Schwingform (Shear-Mode) und sorgt für Temperaturstabilität im MHz-Bereich.
- Anlegen einer Wechselspannung:
- Elektroden auf beiden Seiten des Quarzes erzeugen ein elektrisches Feld durch den Kristall.
- Wegen der piezoelektrischen Wirkung deformiert sich der Kristall mechanisch (er beginnt zu schwingen), sobald eine Spannung anliegt.
- Die mechanische Schwingung wiederum erzeugt eine elektrische Spannung – ein selbstverstärkender Effekt bei Resonanzfrequenz.
- Resonanz im MHz-Bereich:
- Die Dicke des Quarzes bestimmt die Resonanzfrequenz (bei z. B. 10 MHz liegt die Dicke bei ca. 0,33 mm).
- Die Grundschwingung ist dabei die niedrigste mögliche Eigenfrequenz, bei der der Quarz im Shear-Modus resoniert.
