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2026-02-16T13:21:39Z

Literatur

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Ein '''beheizter Quarzoszillator''', manchmal auch als '''Quarzofen''' und {{EnS|''Oven Controlled Crystal Oscillator''}} (OCXO) bezeichnet, ist ein [[Quarzoszillator]], der in einer beheizten und [[Temperaturregler|temperaturgeregelten]] Kammer untergebracht ist. Die in Quarzoszillatoren eingesetzten [[Schwingquarz]]e unterliegen einer kleinen, für präzise Anwendungen jedoch bedeutsamen thermischen Abhängigkeit der [[Frequenz|Schwingkreisfrequenz]], was auch als thermische Drift bezeichnet wird. Durch das Regeln der Temperatur des Schwingquarzes und der Oszillatorschaltung auf einen Wert über der Raumtemperatur, kann die Schwingkreisfrequenz stabilisiert und so eine höhere Genauigkeit als ohne Heizung erzielt werden.

== Allgemeines ==
[[Datei:Vectron OX-402 OCXO.jpg|thumb|right|Beheizter Quarzoszillator auf einer [[Lochrasterplatine]]]]
[[Datei:Early NBS crystal oscillator frequency standards.jpg|thumb|right|Mehrere historische OCXOs die 1929 als Frequenznormal bei der [[NIST]] verwendet wurden]]
Im Gegensatz zu [[Temperaturkompensierter Quarzoszillator|temperaturkompensierten Quarzoszillatoren]] (TCXO), welche die störenden temperaturbedingten Frequenzabweichungen mittels einer Temperaturmessung und kalibrierten Korrekturwerten minimieren, wird bei einem beheizten Quarzoszillator der Temperatureinfluss durch eine aktive Heizung und das Halten der Temperatur auf konstant hohem Niveau minimiert. Anwendungen von beheizten Quarzoszillatoren sind unter anderem einfache [[Frequenznormal]]e und digitale [[Frequenzzähler]], wo eine höhere Genauigkeit als bei nicht stabilisierten Schwingquarzen benötigt wird und zugleich eine geringere Genauigkeit als bei [[Atomuhr]]en tolerierbar ist.

Die typische Betriebstemperatur liegt bei +75 °C, kann aber je nach konkretem Typ und Anwendung im Bereich von +30 °C bis +85 °C liegen und wird mit dem Quarzhersteller abgestimmt.<ref name="oven1"/> Als [[Quarzschnitt]]e für die im Ofen eingesetzten Quarze kommen der [[Schwingquarz#Kristallschnitte|AC-Schnitt]] und [[Schwingquarz#Kristallschnitte|SC-Schnitt]] zur Anwendung. Ein Auswahlkriterium für die Temperatur zur Steigerung der Stabilität ist jener Betriebspunkt, wo die Quarzfrequenz als Funktion der Temperatur keine oder nur eine möglichst kleine Steigung aufweist. Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn [[Leistungstransistor]]en statt [[Heizwiderstand|Heizwiderständen]] als Heizelement im Ofen eingesetzt werden. Der Grund liegt darin, dass die Verlustwärme von bipolaren Leistungstransistoren direkt proportional zum Strom ist, während bei Heizwiderständen eine quadratische Abhängigkeit vorliegt. Die quadratische Abhängigkeit erschwert das Konstanthalten der Temperatur.<ref name="Frerking"/>

Die Kurzzeitstabilität von beheizten Quarzoszillatoren über einige Sekunden liegt bei rund 10−12, die erreichbare Langzeitstabilität liegt im Bereich von 10−8, welche je nach Type nach einigen Stunden bis einigen Tagen in Betrieb erreicht wird. Der relative Wert 10−8 entspricht einer maximalen Abweichung von 1 [[Hertz (Einheit)|Hz]] bei einer Oszillatorfrequenz von 100 MHz.<ref name="nist1"/>

In folgender Tabelle aus <ref name="ieee_li-precision_frequency_generation"/> sind die Daten einiger Oszillatoren im Vergleich zusammengestellt:

{| class="wikitable"
|-
! Oszillatortyp || rel. Messunsicherheit || Alterung / 10 Jahre
|-
| Quarzoszillator || 10−5 bis 10−4 || 10 bis 20 [[parts per million|ppm]]
|-
| Quarzofen (OCXO) {{nowrap|5 bis 10 MHz}} {{nowrap|15 bis 100 MHz}} || 2 × 10−8 5 × 10−7 || {{nowrap|2 × 10−8 bis 2 × 10−7}} {{nowrap|2 × 10−6 bis 11 × 10−9}}
|-
| [[Rubidium-Atomuhr]]<ref name="ieee_li-precision_frequency_generation"/> || {{nowrap|10−9}} || 10−12 bis 10−11
|-
| [[GPSDO]]<ref name="zti_z300r7"/> || {{nowrap|4 × 10−8 bis 10−11}}<ref name="spectruminstruments_net-tm3specs"/><ref name="leapsecond_ds58540a"/> || 10−13
|-
| [[Chip-Scale-Atomic-Clock]] (CSAC) || {{nowrap|2,5 × 10−10}}<ref name="appp1">{{Cite journal|last1=Knappe|first1=Svenja|last2=Shah|first2=Vishal|last3=Schwindt|first3=Peter D. D.|last4=Hollberg|first4=Leo|last5=Kitching |first5=John|last6=Liew|first6=Li-Anne |last7=Moreland |first7=John |s2cid=119968560|date=2004-08-30 |title=A microfabricated atomic clock| journal=Applied Physics Letters| language=en |volume=85|issue=9 |pages=1460–1462 |doi=10.1063/1.1787942 |issn=0003-6951 |bibcode=2004ApPhL..85.1460K}}</ref> ||  
|-
| [[Atomuhr]] ([[Caesium|Cs]])<ref name="ieee_li-precision_frequency_generation"/> || {{nowrap|10−11 bis 10−12}} || 10−12 bis 10−11
|}

Historisch und vor der Verfügbarkeit von Atomuhren wurden beheizte Quarzoszillatoren in mehrfacher Ausführung als [[Frequenznormal]] verwendet, unter anderem setzte die [[National Institute of Standards and Technology]] im Jahr 1929 mehrere OCXOs mit einer Betriebsfrequenz von 100 kHz ein.<ref name="nist2"/>

== Literatur ==
* {{Literatur| Autor=Bernd Neubig, Wolfgang Briese | Titel=Das Große Quarzkochbuch | Verlag=Franzis-Verlag | Jahr=1997 | ISBN=3-7723-5853-5 | Online=[https://www.qsl.net/dk1ag/buch.html Online]}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="nist1">{{Webarchiv|url=http://tf.nist.gov/general/enc-no.htm |wayback=20080915112757 |text=Time and Frequency from A to Z |archiv-bot=2019-05-08 17:35:27 InternetArchiveBot }}, NIST glossary (englisch).</ref>
<ref name="oven1">[http://freecircuitdiagram.com/2009/05/02/temperature-controller-for-crystal-oven/ Temperature Controller for Crystal Oven], FreeCircuitDiagram vom 2. Mai 2009 (englisch).</ref>
<ref name="ieee_li-precision_frequency_generation">{{cite web|title=Tutorial Precision Frequency Generation Utilizing OCXO and Rubidium Atomic Standards with Applications for Commercial, Space, Military, and Challenging Environments IEEE Long Island Chapter March 18, 2004|url=https://www.ieee.li/pdf/viewgraphs/precision_frequency_generation.pdf| accessdate=2011-01-31|format=PDF; 4,2 MB}} 091116 ieee.li</ref>
<ref name="zti_z300r7">{{cite web|title=z300 High Precision Time Server synchronized by GPS|url=http://www.zti-telecom.com/BrochuresN/z300_Rev7.pdf|accessdate=2011-01-31|format=PDF; 512 kB|archiveurl=https://web.archive.org/web/20110718160553/http://www.zti-telecom.com/BrochuresN/z300_Rev7.pdf|archivedate=2011-07-18|offline=yes|archivebot=2019-05-08 17:35:27 InternetArchiveBot}} 091117 zti-telecom.com</ref>
<ref name="spectruminstruments_net-tm3specs">{{cite web|title=Time and Frequency - Precisely the Way You Need It Time and Frequency - Precisely the Way You Need It|url=http://www.spectruminstruments.net/tm3specs.pdf| accessdate=2011-01-31|format=PDF; 188 kB}} 091118 spectruminstruments.net</ref>
<ref name="leapsecond_ds58540a">{{cite web|title=GPS Time and Frequency Reference Receiver|url=http://www.leapsecond.com/museum/hp58540a/ds-58540a.pdf| accessdate=2011-01-31|format=PDF; 2,1 MB}} 091118 leapsecond.com</ref>
<ref name="Frerking">{{Literatur |Autor=Marvin E. Frerking |Titel=Fifty years of progress in quartz crystal frequency standards |Sammelwerk=Proceedings of the 1996 IEEE International Frequency Control Symposium |Seiten=33–46 |Verlag=Institute of Electrical and Electronic Engineers |Datum=1996 |Online=https://web.archive.org/web/20090512022233/http://www.ieee-uffc.org/main/history.asp?file=frerking}}</ref>
<ref name="nist2">{{Internetquelle | url = https://www.nist.gov/publications/nist-primary-frequency-standards-and-realization-si-second | titel = NIST Primary Frequency Standards and the Realization of the SI Second | autor = Michael A. Lombardi, Thomas P. Heavner, Steven R. Jefferts | hrsg = NIST | datum = 2007-12-01 | zugriff = 2023-11-16 }}</ref>
</references>

[[Kategorie:Elektrischer Oszillator]]

Quarzofen - Versionsgeschichte

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