Der Pierce-Oszillator

Der Pierce-Oszillator (Pierce, Elektrisches System, US-Patent 2.133.642, eingereicht am 25. Februar 1924, erteilt am 18. Oktober 1938) hat eine Reihe von wünschenswerten Eigenschaften. Er funktioniert bei jeder Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 200 MHz. Er hat eine sehr gute Kurzzeitstabilität, weil die Quellen- und Lastimpedanzen des Quarzes hauptsächlich kapazitiv statt resistiv sind, was zu einer hohen Güte (Q) führt. Die Schaltung liefert ein großes Ausgangssignal und treibt gleichzeitig den Quarz mit einer geringen Leistung an. Große Shuntkapazitäten gegen Masse auf beiden Seiten des Quarzes machen die Oszillationsfrequenz relativ unempfindlich gegen Streukapazitäten und verleihen der Schaltung eine hohe Störfestigkeit. Die Pierce-Konfiguration hat jedoch einen Nachteil, nämlich, dass sie einen Hochleistungsverstärker benötigt, um die relativ hohen Verstärkungsverluste in den Quarz umgebenden Schaltkreisen auszugleichen.  Quarzkristalle sind durchaus in der Lage, gut in den 300+-MHz-Bereich (für AT-Schnitt-Quarze) und bis hinunter zu 0,5 Hz zu schwingen, je nachdem, wie der Quarz „geschnitten“ wurde (Lee et al., A 10-MHz micromechanical resonator Pierce reference oscillator for communications, in Digest of Technical Papers, the 11th International Conference on Solid-State Sensors & Actuators (Transducers’01), Munich, June 10–14 (2001), pp. 1094–1097). Quarzkristalle können auf mehreren verschiedene Arten schwingen, die durch den „Schnitt“ bestimmt werden. Wie in Abb. 13.6 gezeigt, gibt es mehrere Möglichkeiten, den Quarz zu „schneiden“ und einen dünnen ebenen Quarzkristall zu erzeugen. AT ist der am häufigsten verwendete Schnitt und er arbeitet in einem Dickenscherschwingungsmodus.