Un oscillateur à cristal est un circuit oscillateur électronique utilisé pour la résonance mécanique d'un cristal vibrant en matériau piézoélectrique. Cela créera un signal électrique avec une fréquence donnée. Cette fréquence est couramment utilisée pour garder une trace de l'heure, par exemple les montres-bracelets sont utilisées dans les circuits intégrés numériques pour fournir un signal d'horloge stable et également utilisées pour stabiliser les fréquences pour les émetteurs et récepteurs radio. Le cristal de quartz est principalement utilisé dans les oscillateurs à radiofréquence (RF). Le cristal de quartz est le type le plus courant de résonateur piézoélectrique , dans les circuits d'oscillateurs, nous les utilisons, ils sont donc connus sous le nom d'oscillateurs à cristal. Les oscillateurs à cristal doivent être conçus pour fournir une capacité de charge.
Il existe différents types d'oscillateur circuits électroniques qui sont en cours d'utilisation, ce sont à savoir: des oscillateurs linéaires - oscillateur Hartley, oscillateur à déphasage, oscillateur Armstrong, oscillateur Clapp, Oscillateur Colpitts . Oscillateurs de relaxation - oscillateur Royer, oscillateur en anneau, multivibrateur et Oscillateur contrôlé en tension (VCO). Bientôt, nous allons discuter en détail des oscillateurs à cristal comme le fonctionnement et les applications d'un oscillateur à cristal.
Qu'est-ce qu'un cristal de quartz?
Un cristal de quartz présente une propriété très importante connue sous le nom d'effet piézoélectrique. Lorsqu'une pression mécanique est appliquée sur les faces du cristal, une tension proportionnelle à la pression mécanique apparaît à travers le cristal. Cette tension provoque une distorsion dans le cristal. La quantité déformée sera proportionnelle à la tension appliquée et également à une tension alternative appliquée à un cristal qu'il fait vibrer à sa fréquence naturelle.
Circuit de cristal de quartz
La figure ci-dessous représente le symbole électronique d'un résonateur à cristal piézoélectrique et également d'un cristal de quartz dans un oscillateur électronique composé d'une résistance, d'une inductance et de condensateurs.
Schéma du circuit de l'oscillateur à cristal
La figure ci-dessus est un nouvel oscillateur à cristal de quartz de 20 psc 16 MHz et c'est un type d'oscillateurs à cristal, qui fonctionne avec une fréquence de 16 MHz.
Oscillateur à cristal
En général, transistors bipolaires ou FET sont utilisés dans la construction de circuits d'oscillateur à cristal. Ceci est dû au fait amplificateur opérationnel s peuvent être utilisés dans différents circuits d'oscillateur basse fréquence inférieurs à 100 KHz mais opérationnels amplificateurs n'ont pas la bande passante pour fonctionner. Ce sera un problème aux fréquences plus élevées qui correspondent aux cristaux supérieurs à 1 MHz.
Pour surmonter ce problème, l'oscillateur à cristal Colpitts est conçu. Il fonctionnera à des fréquences plus élevées. Dans cet oscillateur, le Circuit réservoir LC qui fournit les oscillations de rétroaction a été remplacé par un cristal de quartz.
Schéma du circuit de l'oscillateur à cristal
Fonctionnement de l'oscillateur à cristal
Le circuit oscillateur à cristal fonctionne généralement sur le principe de l'effet piézoélectrique inverse. Le champ électrique appliqué produira une déformation mécanique sur certains matériaux. Ainsi, il utilise la résonance mécanique du cristal vibrant, qui est réalisé avec un matériau piézoélectrique pour générer un signal électrique d’une fréquence particulière.
Habituellement, les oscillateurs à quartz sont très stables, se composent d'un facteur de bonne qualité (Q), ils sont de petite taille et sont économiquement liés. Par conséquent, les circuits d'oscillateur à quartz sont plus supérieurs par rapport aux autres résonateurs tels que les circuits LC, les diapasons. Généralement en Microprocesseurs et micro contrôleurs nous utilisons un oscillateur à cristal de 8 MHz.
L'équivalent circuit électrique décrit également l'action cristalline du cristal. Regardez simplement le schéma de circuit électrique équivalent illustré ci-dessus. Les composants de base utilisés dans le circuit, inductance L représente la masse cristalline, la capacité C2 représente la conformité et C1 est utilisé pour représenter la capacité qui est formé à cause du moulage mécanique du cristal, la résistance R représente le frottement de la structure interne du cristal. Le schéma du circuit de l'oscillateur à quartz se compose de deux résonances telles que la résonance série et parallèle, c'est-à-dire deux fréquences de résonance.
Fonctionnement de l'oscillateur à cristal
La résonance série se produit lorsque la réactance produite par la capacité C1 est égale et opposée à la réactance produite par l'inductance L.Les fr et fp représentent respectivement les fréquences de résonance série et parallèle, et les valeurs de 'fr' et 'fp' peuvent être déterminées en utilisant les équations suivantes illustrées dans la figure ci-dessous.
Le diagramme ci-dessus décrit un circuit équivalent, un graphique graphique pour la fréquence de résonance, des formules pour les fréquences de résonance.
Utilisations de l'oscillateur à cristal
En général, on sait que, dans la conception des microprocesseurs et des microcontrôleurs, les oscillateurs à cristal sont utilisés dans le but de fournir les signaux d'horloge. Par exemple, considérons 8051 microcontrôleurs , dans ce contrôleur particulier, un circuit oscillateur à cristal externe fonctionnera avec 12 MHz, ce qui est essentiel, même si ce microcontrôleur 8051 (basé sur le modèle) est capable de fonctionner à 40 MHz (max) doit fournir 12 MHz dans la plupart des cas car pour un le cycle machine 8051 nécessite 12 cycles d'horloge, de sorte que pour donner une fréquence de cycle effective à 1 MHz (en prenant une horloge de 12 MHz) à 3,33 MHz (en prenant l'horloge maximale de 40 MHz). Cet oscillateur à cristal particulier qui a une fréquence de cycle de 1 MHz à 3,33 MHz est utilisé pour générer des impulsions d'horloge qui sont nécessaires pour la synchronisation de toutes les opérations internes.
Application de l'oscillateur à cristal
Il existe diverses applications pour l'oscillateur à cristal dans divers domaines et certaines des applications de l'oscillateur à cristal sont données ci-dessous
Application d'oscillateur à cristal Colpitts
Oscillateur Colpitts est utilisé pour générer un signal de sortie sinusoïdal à des fréquences très élevées. Cet oscillateur peut être utilisé comme les différents types de capteurs tels que capteurs de température Grâce au dispositif SAW que nous utilisons dans le circuit Colpitts, il détecte directement depuis sa surface.
Oscillateur à cristal Colpitts
Les applications des oscillateurs Colpitts impliquent principalement où la large gamme de fréquences est utilisée. Également utilisé en condition d'oscillation non amortie et continue. En utilisant certains appareils du circuit Colpitts, nous pouvons obtenir une plus grande stabilité de température et une fréquence élevée.
Colpitts utilisé pour le développement des communications mobiles et des communications radio.
Applications de l'oscillateur à cristal Armstrong
Ce circuit était populaire jusque dans les années 1940. Ceux-ci sont largement utilisés dans les récepteurs radio régénératifs. Dans cette entrée, le signal radiofréquence provenant de l'antenne est couplé magnétiquement dans le circuit de réservoir via un enroulement supplémentaire, et la rétroaction est réduite pour obtenir une commande de gain dans la boucle de rétroaction. Enfin, il produit un filtre et un amplificateur radiofréquence à bande étroite. Dans cet oscillateur à cristal, le circuit résonnant LC est remplacé par des boucles de rétroaction.
Oscillateur à cristal Armstrong
Dans le domaine militaire et aérospatial
Pour un système de communication efficace, les oscillateurs à cristal sont utilisés dans les domaines militaire et aérospatial. Le système de communication est d'établir et à des fins de navigation et de guerre électronique dans les systèmes de guidage
En recherche et mesure
Les oscillateurs à cristal sont utilisés dans la recherche et la mesure pour la navigation céleste et le suivi spatial, dans les dispositifs médicaux et dans les instruments de mesure.
Applications industrielles de l'oscillateur à cristal
Il existe de nombreuses applications industrielles de l'oscillateur à cristal. Ils sont largement utilisés dans les ordinateurs, l'instrumentation, les systèmes numériques, les systèmes à boucle à verrouillage de phase, les modems, la marine, les télécommunications, les capteurs et également les lecteurs de disque.
Crystal Oscillator est également utilisé dans le contrôle du moteur, l'horloge et l'ordinateur de bord, la stéréo et les systèmes GPS. Ceci est une application automobile.
Les oscillateurs à cristal sont utilisés dans de nombreux biens de consommation. Par exemple, les systèmes de télévision par câble, les caméras vidéo, les ordinateurs personnels, les jouets et les jeux vidéo, les téléphones cellulaires, les systèmes radio. Ceci est l'application grand public de Crystal Oscillator.
C'est tout à propos de ce qu'est un Oscillateur à cristal , ça marche, et Applications. Nous pensons que les informations fournies dans cet article vous sont utiles pour une meilleure compréhension de ce concept. De plus, toute question concernant cet article ou toute aide à la mise en œuvre projets électriques et électroniques , vous pouvez nous approcher en commentant dans la section commentaires ci-dessous. Voici une question pour vous, quelle est la fonction principale de l'oscillateur à cristal?
Crédits photo:
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