Resonatoren

Resonatoren sind Vorrichtungen, die bei sehr hohen reaktiven Spitzen bei der Resonanzfrequenz ein Resonanzverhalten zeigen. Sie kommen in Anwendungen zum Einsatz, die schmale Schwingungs- oder Filtereigenschaften erfordern. Dazu zählen Oszillatorschaltungen und Bandpassfilterglieder. Resonatoren gibt es mit verschiedenen Topologien, darunter LC-Parallelresonanzkreise, Schwingquarze, Keramikresonatoren und akustische Oberflächenwellenresonatoren.

LC-Parallelresonanzkreise bestehen aus einem LC-Parallelkreis, in den über einen als positive Rückkopplung konfigurierten Verstärker Ladung gepumpt wird. Über die Rückkopplung wird die Breitband-Rauschenergie verbreitet und gefiltert, bis die Schwingung den charakteristischen Resonanzwiderstand des Resonanzkreises erreicht hat. Beliebte LC-Resonanzkreise sind Hartley-, Colpitts- und Clapp-Oszillatoren.  Sie lassen sich umfassend abstimmen und kommen gegenüber anderen Resonatoren mit weniger Komponenten aus. Sie sind jedoch auch weniger genau und hängen stark von der Genauigkeit der Komponentenwerte ab.

Die beliebteste Technologie sind heutzutage Schwingquarze. Sie kommen in Quarzoszillatoren (XCO), spannungsgesteuerten Oszillatoren (VCO), temperaturkompensierten Quarzoszillatoren (TCXO) und temperaturstabilisierten Quarzoszillatoren (OXCO) zum Einsatz. Sie sind meist aus speziell geschnittenen und dotierten piezoelektrischen Quarzkristallen gefertigt. Sie reichen von einigen zehn kHz zu mehreren hundert MHz. Durch VCOs wird die Vorspannung im Schwingquarz geändert, um die Frequenz auf eine der beiden Seiten der Mittenfrequenz zu ziehen. Diese Frequenzänderung spiegelt sich in der Spezifikation der Ziehbarkeit des Oszillators wider. TCXOs regeln die Resonanzfrequenz per Temperaturausgleich, um die temperaturabhängigen Frequenzeigenschaften des Quarzes auszugleichen. OXCOs arbeiten darüber hinaus mit Ofen- und Temperaturerfassung, um das Quarz auf einer bestimmten Temperatur zu halten und so die Resonanzfrequenzstabilität zu verbessern. Keramikresonatoren ähneln Quarzen insofern, als dass auch hier ein piezoelektrischer Werkstoff zum Einsatz kommt. Bei diesem Werkstoff handelt es sich meist um Bleizirkonat-Titanat (PZT).

In HF-Empfängern werden Quarzfilter eingesetzt, um die Bandpassfilter-Zwischenfrequenzen (IF) schmaler zu machen. Als eine Komponente des Bandpassfilters werden Schwingquarze verwendet. Sie sind üblicherweise 12,5 kHz oder 25 kHz breit, um den Bandbreiten privater Mobilfunkkanäle zu entsprechen. Sie filtern benachbarte Kanäle und stellen so Selektivität für den Empfänger her. Quarzfilter müssen unbedingt eine niedrige Einfügungsdämpfung, eine hohe Sperrbanddämpfung und ein kleines Brummspannungsverhältnis aufweisen. Keramikfilter werden in Empfängern auf dieselbe Weise verwendet wie Quarzfilter. Der Q-Wert ist niedriger als bei Quarzfiltern. Historisch waren sie nur von mehreren kHz bis zu 10,7 MHz verfügbar, aber neuerdings sind diese Elemente auch mit Dezimeterwellen und höheren Frequenzen verfügbar.

Akustische Oberflächenwellenresonatoren machen sich spannungsinduzierte mechanische Schallwellen auf der Oberfläche eines piezoelektrischen Werkstoffs zunutze. Sie kommen in Fernsteuerungen für den schlüssellosen Zugang, GPS-Empfängern, Mobiltelefonfiltern und vielen weiteren Anwendungen zum Einsatz. Ein sehr ungewöhnlicher Anwendungsbereich sind Schaltungen, die Krankheitsmarker für Eierstockkrebs „riechen“ können. Ihre hochselektive Filtereigenschaft wird für Geräte genutzt, die Plastiksprengstoffe erkennen. Akustische Oberflächenwellenresonatoren werden in Sonden verwendet, die E. coli, Clostridienerreger und sogar Salmonellen erkennen können.

472

Produkte

Alle anzeigen