Einführungsbeitrag

Dieser Teil der Normenreihe IEC 60444 gilt für die Messung der Belastungsabhängigkeit (englisch: drive level dependence – DLD) von Schwingquarzen. Zwei Prüfverfahren (A und C) und ein Referenzverfahren (B) werden beschrieben. Verfahren A basiert auf dem Verfahren in einem π-Netzwerk nach IEC 60444-1 und kann im gesamten Frequenzbereich, für den dieser Teil der IEC 60444 zutrifft, eingesetzt werden. Referenzverfahren B basiert auf dem Verfahren in einem π-Netzwerk oder dem Reflexionsverfahren nach IEC 60444-1, IEC 60444-5 oder IEC 60444-8 und kann im gesamten Frequenzbereich eingesetzt werden, für den dieser Teil von IEC 60444 zutrifft. Verfahren C ist ein Oszillatorverfahren, das besonders für die Messung von Grundton-Schwingquarzen in größerer Stückzahl mit festen Messbedingungen geeignet ist. Die Belastung (ausgedrückt als Leistung/Spannung über dem oder Strom durch den Schwingquarz) veranlasst den Resonator wegen des piezoelektrischen Effekts zu mechanischen Schwingungen. Dabei wird die Beschleunigungsarbeit in kinetische und elastische Energie und der Leistungsverlust in Wärme umgewandelt. Letzteres ist durch die innere und äußere Reibung des Schwingquarz-Resonators bedingt. Die Reibungsverluste hängen von der Geschwindigkeit der schwingenden Massen ab und nehmen zu, wenn die Schwingung nicht mehr linear ist oder wenn kritische Geschwindigkeiten, Dehnungen oder andere verformende Spannungen, Auslenkungen oder Beschleunigungen im Schwingquarz-Resonator oder an seinen Oberflächen und Befestigungspunkten auftreten. Diese verursachen Widerstands- und Frequenzänderungen und auch weitere Veränderungen, die durch die Temperaturabhängigkeit dieser Parameter bedingt sind. Bei "hohen" Belastungen (zum Beispiel über 1 mW oder 1 mA für AT-Schnitt-Schwingquarze) werden bei allen Schwingquarzen Änderungen beobachtet, die auch zu irreversiblen Amplituden- und Frequenzänderungen führen können. Jede weitere Zunahme der Belastung kann den Resonator zerstören. Außer diesem Effekt werden Frequenz- und Widerstandsänderungen bei „niedrigen“ Belastungen bei einigen Schwingquarzen beobachtet (zum Beispiel unter 1 μW oder 50 µA bei AT-Schnitt-Schwingquarzen). In diesem Fall wird der Einsatz der Schwingung verhindert, wenn die Verstärkung in der Rückkopplungsschleife nicht ausreicht. In Schwingquarzfiltern ändern sich Dämpfung und Welligkeit des Übertragungssystems. Ferner hängt auch die Kopplung zwischen einem vorgeschriebenen Schwingungsmodus und anderen Modi (zum Beispiel dem Resonator selbst, der Befestigung und dem Füllgas) von der Belastung ab. Bedingt durch das unterschiedliche Temperaturverhalten dieser Modi führen diese Kopplungen innerhalb enger Temperaturbereiche zu Frequenz- und Widerstandsänderungen des vorgeschriebenen Modus. Diese Änderungen nehmen mit größer werdender Belastung zu. Dieser Effekt wird jedoch in diesem Teil der Normenreihe IEC 60444 nicht weiter betrachtet. Die erste Ausgabe der IEC 60444-6 wurde 1995 veröffentlicht. Bis heute wurde sie jedoch nicht überarbeitet. In der Zwischenzeit hat die Forderung nach einer genaueren Festlegung und Messung der Belastungsabhängigkeit (DLD) zugenommen. In dieser Neuausgabe wird das in IEC 60444-6:1995 verwendete Konzept der Belastungsabhängigkeit beibehalten. Seine Definition aber wurde an die strengen Anforderungen seitens der Kunden angepasst. Außerdem werden die auf der Sitzung in Stanford im Juni 2011 getroffenen Festlegungen berücksichtigt. Gegenüber DIN EN 60444-6:2014-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) im gesamten Dokument wurden einige Schreibfehler berichtigt; b) einige Gleichungen wurden entfernt oder berichtigt; c) im Anwendungsbereich wurde eine ANMERKUNG ergänzt mit dem Hinweis, dass ein anderer anwendbarer Bereich als der AT-Schnitt verwendet werden kann; d) es wurde ein Beispiel für ein im Handel erhältliches Messsystem ergänzt.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 60444-6:2014-02 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) im gesamten Dokument wurden einige Schreibfehler berichtigt; b) einige Gleichungen wurden entfernt oder berichtigt; c) im Anwendungsbereich wurde eine ANMERKUNG ergänzt mit dem Hinweis, dass ein anderer anwendbarer Bereich als der AT-Schnitt verwendet werden kann; d) es wurde ein Beispiel für ein im Handel erhältliches Messsystem ergänzt.

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Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 642 - Piezoelektrische Bauteile zur Frequenzstabilisierung und -selektion