Resonators and Generators
(170)Que sont les résonateurs, les résistances et les oscillateurs à cristal ?
Un résonateur à quartz est un élément électronique grâce auquel les systèmes qui l’utilisent sont capables de mesurer le temps avec une grande précision. Cette précision est le résultat de l’apparition d’impulsions électriques à intervalles réguliers, qui est fournie précisément par le résonateur à quartz. Nous définissons un tel phénomène en cadençant avec une fréquence constante. Ces éléments sont présents, entre autres sur les cartes de développement de microcontrôleurs, les ordinateurs, les télécommandes de télévision, les jouets, les montres et de nombreux autres appareils électroniques couramment utilisés. Les résonateurs à quartz sont également connus sous le nom de quartz, mais vous pouvez également rencontrer des termes tels que la résistance à quartz ou l’oscillateur à quartz.
Types de résonateurs
Il existe plusieurs types de résonateurs. Les plus populaires d’entre eux sont les résonateurs à quartz, mais il y a également des résonateurs en céramique ainsi que les résonateurs en silicium de plus en plus populaires. Un type spécial d’oscillateurs sont les résonateurs de montre.
Les résonateurs à quartz sont constitués d’un cristal de quartz coupé avec précision, c’est-à-dire de dioxyde de silicium (SiO2) qui a deux bornes. Ils sont attachés à ses fragments métalliques éclaboussés. La fréquence naturelle différente du résonateur est obtenue par la forme et la taille différentes du quartz qui a été utilisé pour sa construction. Les résonateurs en céramique ont une structure similaire, mais leur élément principal est un matériau piézoélectrique autre que le quartz.
Les résonateurs à quartz fonctionnent sur la base du phénomène piézoélectrique, qui décrit le mécanisme de formation d’une charge électrique (tension) aux extrémités d’un élément en matériau piézoélectrique sous l’effet d’une force agissant sur celui-ci, ce qui conduit à la formation des contraintes mécaniques qu’il subit. Le matériau piézoélectrique présente également l’effet piézoélectrique inverse. Lorsque la différence de tension est appliquée à ses extrémités, elle se déforme. Le résonateur à quartz relié au système électronique le fait vibrer et celui en fournissant de l’énergie au système provoque une résonance mécanique avec une fréquence égale à la fréquence propre du cristal de quartz utilisé. Le plus souvent, il est connecté à un système sous la forme d’un système de Pierce. Parfois, vous pouvez trouver des modules prêts à l’emploi sous la forme de générateurs d’impulsions. Ils ont un système électronique intégré et généralement 4 broches qui sont responsables de la masse et de l’alimentation, de la sortie des impulsions générées et d’une entrée responsable du contrôle.
Propriétés des résonateurs à quartz – précision et fréquence
La précision des résonateurs à quartz est déterminée par une unité appelée PPM (ang. parts per milion). Par exemple, une précision de 1 % est égale à 10000PPM. Il est particulièrement important, entre autres dans des montres de bonne qualité afin qu’ils ne soient pas en retard ou pressés plus de quelques secondes par jour. La précision la plus élevée est caractérisée par des résonateurs à quartz avec une moyenne de plusieurs dizaines de PPM, ce qui signifie en pratique la plage de 3 à 100PPM. Les résonateurs en céramique actuellement produits ont une stabilité très similaire, mais elle commence à environ 10PPM, tandis que les résonateurs de montre ne dépassent pas la valeur de 20PPM.
Il convient de considérer que la précision et la stabilité des impulsions générées par le résonateur à quartz dépendent dans une large mesure de la température. Grâce à cette propriété, on peut trouver des résonateurs enfermés dans un boîtier, dans lequel règne une température constante, grâce à un système électronique supplémentaire qui la maintient à un niveau constant. Un fait intéressant est que la fréquence des impulsions générées par le résonateur peut être influencée même par son orientation spatiale par rapport au vecteur de gravité, car sinon la force de gravité peut modifier dans une certaine mesure la fréquence naturelle de son cristal.
Bien sûr, en plus de la précision, dans le cas des résonateurs à quartz, leur fréquence est tout aussi importante. Cette valeur peut varier de quelques dizaines de kilohertz[kHz] à plusieurs dizaines de mégahertz [MHz]. Les résonateurs de montres s’avèrent ici les plus intéressants, car pratiquement dans tous les cas ils auront une fréquence égale à 32,768 kHz. Cela est dû au fait que lorsque l’on divise cette valeur par deux à la puissance quinzième, on obtient une impulsion par seconde, soit la base de temps de l’horloge analogique.
Marquages des résonateurs à quartz
S’il y a un marquage sur le résonateur à quartz, il s’agit généralement de sa fréquence. Malheureusement, comme la plupart des appareils, les résonateurs à quartz avec le temps, en raison du vieillissement, peuvent modifier dans une certaine mesure leurs paramètres de fréquence.
Sélection de résonateurs à quartz
Les oscillateurs à quartz, comme pratiquement chaque composant électronique, se trouvent dans des boîtiers conçus pour un montage en surface THT ou SMD.
Lors de la sélection du résonateur à quartz approprié en ce qui concerne la compatibilité mécanique, son pas de contact doit être pris en compte. Ce terme est utilisé pour définir les distances entre les axes des sorties des composants électroniques, c’est-à-dire circuits intégrés ou borniers. Parmi les valeurs standard de la trame de contact pour les résonateurs à quartz, on peut trouver 0,7 mm, 1,1 mm, 2,54 mm, 4,88 mm et 5,1 mm.
Les boîtiers les plus populaires où vous pouvez trouver des oscillateurs à cristal sont principalement le boîtier cylindrique, HC-49, HC-49-S, HC-49/U, TC26 et TC38 qui sont des boîtiers à montage traversant (THT), ainsi que HC- 49SM et HC-49SMD pour montage en surface (SMD).
On peut également prendre en considération un certain nombre d’autres paramètres, comme la température de fonctionnement, qui peut aller d’environ -55°C à 150°C, la puissance, donnée pour de tels composants en milliwatts [mW] voire en nanowatt [nW], mais également une capacité dont la valeur peut être d’environ 6 pF (picofarad) à 30 F.
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