Uhrenquarz

Nahaufnahme eines Uhrenquarzes (Ohne Gehäuse)

Ein Uhrenquarz ist ein spezieller Schwingquarz welcher als Taktgeber unter anderem in Quarzuhren und Echtzeituhren Verwendung findet. Er weist eine Frequenz von 32.768 Hz auf und ist in Form einer miniaturisierten Stimmgabel ausgeführt.

Allgemeines

Uhrenquarze weisen aufgrund der besonderen Form eine vergleichsweise sehr niedrige Grundfrequenz von 32.768 Hz auf. Der Stromverbrauch von elektronischen 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. Als Oszillatorschaltung für Uhrenquarze in elektronischen Schaltungen wird üblicherweise die Pierce-Schaltung verwendet.

Die genaue Wahl der Frequenz eines Uhrenquarzes ist außerdem durch die einfache Teilbarkeit bestimmt, um den für Uhrensysteme wesentlichen Sekundenimpuls ableiten zu können. Die Halbierung einer Frequenz ist schaltungstechnisch mittels so genannter T-Flipflops mit geringen Aufwand realisierbar. Mit einer Reihenschaltung von 15 T-Flipflops kann so aus der Quarzfrequenz von 32.768 Hz die Frequenz von 1 Hz generiert werden, welche bei elektro-mechanischen Quarzuhren zur Ansteuerung des Lavet-Schrittmotors dient.

Uhrenquarze sind im Quarzschnitt X oder XY ausgeführt und die Stimmgabel wird aus dem Quarz mechanisch durch Sägen oder mittels Ätztechniken geformt. Auf die Zinken werden die metallischen Elektroden aufgedampft und elektrisch mit Anschlussdrähten verbunden. Die Abweichung über den Betriebstemperaturbereich ist vergleichsweise gering und liegt im Bereich von 20 bis 25 ppm. Der Temperaturgang der Frequenz beschreibt eine Parabel

$\frac{\Delta f}{f} = -a \cdot (T - T_0)^2$

mit einer Parabelkonstanten a welche bei Uhrenquarzen im Bereich von 0,04 ppm/°C² liegt. Die Bezugstemperatur T₀, jene Temperatur mit der geringsten Frequenzabweichung, orientiert sich an der Raumtemperatur und ist üblicherweise mit 25 °C festgelegt.^[1]

Literatur

• Bernd Neubig, Wolfgang Briese: Das große Quarzkochbuch. Franzis', Feldkirchen 1997, ISBN 3-7723-5853-5 (http://www.qsl.net/dk1ag/buch.html).

Einzelnachweise

1. ↑ Technisches Datenblatt SXCT2-S, SMD-Uhrenquarz, abgefragt 3. September 2010