Résonateurs à quartz: but, application, principe d'action, caractéristiques d'utilisation

A quoi servent les résonateurs à quartz ?

L'électronique numérique moderne, dotée de microprocesseurs et de microcontrôleurs, est tout simplement impensable sans oscillations d'horloge. Et là où les oscillations de l'horloge sont obtenues, il y a le fonctionnement du générateur et du système oscillant, et là où se trouve le système oscillant, à la fois le phénomène de résonance et un paramètre aussi important que le facteur de qualité apparaîtront nécessairement. Ici, nous sommes introduits aux résonateurs à quartz (oscillateurs).

Le résonateur à quartz (quartz) est un générateur d'oscillations électromagnétiques à haute constance de fréquence, qui utilise les propriétés piézoélectriques et mécaniques de la plaque de quartz.

Selon le principe de fonctionnement, un résonateur à quartz est un oscillateur à stabilisation de fréquence à quartz. Ces générateurs sont utilisés comme générateur maître très stable dans les équipements de mesure, les étalons de fréquence et de temps, les horloges à quartz, ainsi que dans divers équipements électroniques.

L'inconvénient des résonateurs à quartz est qu'il ne peut générer qu'à des fréquences fixes déterminées par la fréquence de résonance du quartz, et ne permet pratiquement pas l'accord de fréquence.

Tous les circuits de résonateur à quartz sont divisés en deux grands groupes en fonction de la résonance de quartz (parallèle ou série) qui y est utilisée. Les plus répandus sont les circuits résonateurs à quartz, dans lesquels le quartz fonctionne près de sa fréquence de résonance parallèle.

Ainsi, un résonateur à quartz dans un circuit électronique est une alternative imbattable à tout circuit oscillantcomposé d'un condensateur et d'une inductance. La sortie est le facteur Q le plus élevé des résonateurs à quartz. Alors qu'un bon circuit LC atteint un facteur Q de 300, le facteur Q d'un résonateur à quartz peut atteindre jusqu'à 10 000 000. Comme vous pouvez le voir, la supériorité est des dizaines de milliers de fois. Ainsi, aucun circuit oscillant ne peut être comparé à un résonateur à quartz en termes de facteur Q.

Inutile de parler de l'effet de la température sur la fréquence de résonance. La fréquence de résonance d'un même circuit oscillant dépend fortement du TKE (coefficient de température de la capacité) du condensateur qui y pénètre. Le quartz, d'autre part, a une stabilité à très haute température, c'est pourquoi les résonateurs à quartz maintiennent fermement leurs positions en tant que sources d'oscillation pour les générateurs de fréquence d'horloge à diverses fins.

Comment fonctionne un résonateur à quartz

Pour comprendre comment fonctionne et fonctionne un résonateur à quartz, il suffit de se souvenir de quoi il s'agit effet piézoélectrique… Imaginez une plaque de quartz à basse température (dioxyde de silicium) taillée dans un cristal d'une certaine manière.L'angle auquel une plaquette est coupée du cristal détermine les propriétés électromécaniques du résonateur en cours de production. Des électrodes sont maintenant attachées à cette plaque de part et d'autre en déposant des couches de nickel, de platine, d'or ou d'argent, et des fils solides y sont attachés. L'ensemble de la structure est placé dans un petit boîtier étanche.

Ainsi, un système oscillant électromécanique a été obtenu, qui a (en raison des caractéristiques naturelles du quartz à basse température) un effet piézoélectrique et a sa propre fréquence de résonance.

Si maintenant une tension alternative est appliquée aux électrodes, dont la fréquence est proche de la fréquence de résonance du système oscillant résultant, alors la plaque commencera à se contracter et à se dilater mécaniquement avec une amplitude maximale, et en raison de l'effet piézoélectrique, plus proche plus la fréquence de la tension appliquée est à la résonance, plus la résistance du résonateur sera faible. C'est l'analogie d'un résonateur à quartz avec un circuit oscillateur haute fréquence. Le résultat est essentiellement analogue à un circuit LC en série.

Caractéristiques d'un résonateur à quartz

Un résonateur à quartz peut être représenté sous la forme d'un circuit équivalent, dans lequel C0 est la capacité électrique de montage formée par les serre-câbles métalliques et les électrodes. C1, L et R sont la capacité, l'inductance et la résistance active de la plaque directement avec les électrodes, en tant qu'analogue d'un circuit oscillant réel obtenu grâce aux propriétés électromécaniques de la plaque.

Si nous excluons la capacité de montage C0 du circuit, nous obtiendrons explicitement un circuit oscillant en série.Quant à la désignation du résonateur dans le schéma, il ressemble à un condensateur avec un rectangle symbolisant un cristal de quartz entre les plaques.

Lors du montage et du démontage des résonateurs à quartz sur des cartes par soudure, il convient de rappeler que la surchauffe du quartz au-dessus de 573 ° C entraîne une perte des propriétés piézoélectriques du cristal.