Qu'est-ce qu'un oscillateur à quartz?
Un oscillateur à quartz est un circuit électronique qui génère un signal à une fréquence déterminée par un cristal de quartz formé de silicium et d'oxygène. La propriété piézoélectrique du quartz en fait un très bon résonateur, de dizaines de kilohertz (kHz) à des centaines de mégahertz (MHz). Un oscillateur à quartz est généralement conçu pour fonctionner à une fréquence précise unique. Ces oscillateurs sont utilisés pour créer des fréquences stables dans les téléphones portables, les récepteurs GPS (Global Positioning System) et les radios bidirectionnelles. Ils sont également utilisés pour l'indication précise de l'heure dans les montres, les ordinateurs et autres équipements électroniques.
Un cristal de matériau piézoélectrique tel que le quartz peut changer de forme légèrement lorsqu'une tension est appliquée à une électrode sur le cristal. Une fois que cette tension est supprimée, le cristal peut reprendre sa forme initiale et générer une tension. Découverte en 1880 et appelée piézoélectricité, cette propriété est essentielle au fonctionnement d'un oscillateur. Des expériences ont été effectuées avec différents matériaux cristallins au fil du temps et le premier oscillateur à quartz a été assemblé à la fin des années 1910. Depuis les années 1920, les oscillateurs à quartz sont fréquemment utilisés dans les horloges, ainsi que dans les équipements radio amateurs, commerciaux et militaires.
Lorsqu'un oscillateur à quartz est mis sous tension pour la première fois, le circuit introduit un signal de bruit aléatoire dans le cristal. Une partie de ce bruit sera toujours à la fréquence de résonance du cristal, ce qui le fera osciller. La tension produite par le cristal lorsqu’il change de forme est amplifiée par le circuit oscillateur à quartz et renvoyée au résonateur à cristal. À mesure que ce processus se répète, les signaux dans la bande de fréquences limitée du cristal vont devenir plus forts, tandis que les autres fréquences seront filtrées. Une fois cette période de "préchauffage" terminée, l'oscillateur fonctionnera avec précision à la fréquence prévue.
La forme, la taille et la taille d'un cristal de quartz déterminent la rapidité avec laquelle il se dilate et se contracte. Un oscillateur à quartz peut fonctionner à ce rythme, appelé fréquence de résonance. Il peut également fonctionner à une fréquence de complément, qui est un multiple de la fréquence de résonance. Alors que les cristaux de quartz sont naturellement présents dans l'environnement, un très grand nombre sont fabriqués afin d'augmenter le rendement et la quantité de cristaux utilisables physiquement.
La fréquence de sortie d'un oscillateur à quartz peut être affectée par divers facteurs externes, notamment la température et même une accélération soudaine. Le rayonnement affectera également la fréquence, qu’elle provienne des rayons cosmiques d’un vaisseau spatial, des rayons X ou d’une impulsion de rayonnement ionisant. Certains de ces facteurs peuvent être compensés avec des circuits supplémentaires qui surveillent les conditions et ajustent la sortie de l'oscillateur en conséquence. Certains oscillateurs à quartz comprennent un four à commande précise avec le cristal à l'intérieur pour compenser les changements de température. Les cristaux de quartz peuvent également être "balayés" ou durcis contre les radiations en les cuisant dans une atmosphère et un champ électriques spécialisés.