Le résonateur à quartz est un dispositif électronique basé sur l'effet piézoélectrique ainsi que sur la résonance mécanique. Il est utilisé par les stations de radio, où il fixe la fréquence porteuse, dans les horloges et les minuteurs, enregistrant un intervalle de 1 seconde.
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Qu'est-ce que c'est et pourquoi vous en avez besoin
Le dispositif est une source d'oscillations harmoniques de haute précision. Il a, par rapport à ses analogues, une grande efficacité, des paramètres stables.
Les premiers exemples de dispositifs modernes sont apparus sur les stations de radio dans les années 1920 et 1930 comme des éléments de fonctionnement stable capables de fixer une fréquence porteuse. Ils :
- Remplace les résonateurs à cristaux basés sur le sel de ségnaetium, inventés par Alexander M. Nicholson en 1917 et caractérisés par leur instabilité ;
- pour remplacer le circuit bobine-condensateur qui avait été utilisé mais qui n'était pas très bon jusqu'à 300 et était affecté par les changements de température.
Un peu plus tard, les résonateurs à quartz sont devenus partie intégrante des minuteries, horloges et montres. Composants électroniques ayant une fréquence de résonance intrinsèque de 32768 Hz, ce qui, dans un compteur binaire à 15 chiffres, fixe l'intervalle de temps à 1 seconde.
Ces appareils sont utilisés aujourd'hui dans :
- les horloges à quartz, leur donnant une précision quelle que soit la température ambiante ;
- Des instruments de mesure qui leur garantissent une grande précision ;
- les échosondeurs marins utilisés dans les enquêtes et pour cartographier les fonds marins, fixer les récifs, les hauts-fonds et localiser les objets dans l'eau.
- circuits correspondant à des oscillateurs de référence à synthèse de fréquence
- circuits utilisés dans les indications d'ondes des signaux SSB ou télégraphiques ;
- les radios avec un signal DSB à une fréquence intermédiaire
- filtres passe-bande Récepteurs de type superhétérodyneIls sont plus stables et plus robustes que les filtres LC.
Les appareils sont disponibles dans différents boîtiers. On les divise en deux catégories : les traversées, utilisées pour le montage volumétrique, et les CMS, utilisées pour le montage en surface.
Leur performance dépend de la fiabilité du circuit de commutation, qui affecte :
- écart de fréquence par rapport à la valeur requise, stabilité des paramètres
- le taux de vieillissement de l'appareil ;
- la capacité de la charge.
Propriétés du résonateur à quartz
Les performances sont supérieures à celles des analogues précédents, ce qui rend l'appareil indispensable dans de nombreux circuits électroniques, et explique la portée de l'appareil. La preuve en est qu'au cours de la première décennie suivant son invention, plus de 100 000 unités ont été produites aux États-Unis (sans compter les autres pays).
Parmi les propriétés positives des résonateurs à quartz, qui expliquent la popularité, la demande de ces dispositifs :
- bon facteur de qualité, dont les valeurs - 104-106 - dépassent les paramètres des analogues précédemment utilisés (ont un facteur de qualité de 300) ;
- de petites dimensions, qui peuvent être mesurées en fractions de millimètre ;
- résistant aux fluctuations de température ;
- longue durée de vie ;
- la facilité de fabrication ;
- possibilité de construire des filtres en cascade de haute qualité sans réglage manuel.
Les résonateurs à quartz présentent également des inconvénients :
- Les éléments externes permettent de régler la fréquence dans une plage étroite ;
- ont une construction fragile ;
- ne supportent pas une chaleur excessive.
Principe de fonctionnement du résonateur à quartz
L'appareil fonctionne sur la base de l'effet piézo, qui apparaît sur une plaque de quartz, et de la basse température. L'élément est taillé dans une seule pièce de cristal de quartz, en respectant un angle prédéterminé. Ce dernier détermine les paramètres électrochimiques du résonateur.
Les plaques sont recouvertes sur les deux faces d'une couche d'argent (platine, nickel, or conviennent). Ils sont ensuite solidement fixés dans un boîtier qui est scellé. L'appareil est un système oscillant qui possède sa propre fréquence de résonance.
Lorsque les électrodes sont exposées à des tensions alternatives, la plaque de quartz, qui possède des propriétés piézoélectriques, se plie, se comprime, se déplace (selon le type de traitement du cristal). Dans le même temps, une force électromotrice inverse y apparaît, comme dans une bobine d'induction dans un circuit oscillant.
Lorsqu'une tension est appliquée à une fréquence qui coïncide avec l'oscillation naturelle de la plaque, une résonance se produit dans le dispositif. En même temps :
- l'élément en quartz présente une augmentation de l'amplitude d'oscillation ;
- la résistance du résonateur est fortement réduite.
L'énergie nécessaire pour entretenir l'oscillation est faible lorsque les fréquences sont égales.
Marquage d'un résonateur à quartz dans un schéma de circuit
Ce dispositif est désigné de la même manière qu'un condensateur. Différence : entre les segments verticaux se trouve un rectangle - le symbole d'une plaque en cristal de quartz. Un espace sépare les côtés du rectangle et les couvertures du condensateur. Le symbole QX peut apparaître à côté dans le diagramme.
Comment tester un résonateur à quartz
Les problèmes avec les petits appareils se produisent s'ils reçoivent un coup dur. Cela se produit lorsque des dispositifs contenant des résonateurs tombent. Ces derniers tombent en panne et doivent être remplacés selon le même principe.
Le contrôle du bon fonctionnement d'un résonateur nécessite un testeur. Il est monté sur la base d'un transistor KT3102, de 5 condensateurs et de 2 résistances (le dispositif est similaire à un oscillateur à quartz monté sur un transistor).
L'appareil doit être connecté à la base du transistor et au pôle négatif dans les connexions de câblage, en protégeant l'appareil avec un condensateur de protection. L'alimentation du circuit de commutation est de 9V constant. Le côté positif est connecté à l'entrée du transistor, à sa sortie via un condensateur - un fréquencemètre, qui enregistre les paramètres de fréquence du résonateur.
Ce circuit est utilisé lors du réglage du circuit d'oscillation. Lorsque le résonateur est en bon état, il émet des oscillations lorsqu'il est connecté, ce qui provoque l'apparition d'une tension alternative au niveau de l'émetteur du transistor. La fréquence de la tension coïncide avec celle du résonateur.
L'appareil est défectueux si le fréquencemètre n'enregistre pas l'apparition de la fréquence ou s'il détecte la présence de la fréquence, mais que celle-ci est très différente de la valeur nominale ou que, lorsque le boîtier est chauffé avec un fer à souder, elle change fortement.
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