Dernière mise à jour : 25/07/2010
Présentation
Le quartz est un composant dit passif, qui a la particularité de
vibrer (résonner) à une fréquence bien
particulière et très stable. Il intervient dans la
réalisation d'oscillateurs, d'horloges, de compteurs, de
fréquencemètres, et en général de tout
équipement pour lequel la précision temporelle est
importante. Le quartz peut également être utilisé
dans la réalisation de filtres réjecteurs à
largeur de bande étroite et à fort
taux de réjection (d'atténuation).
Usages
Les quartz sont utilisés dans tous les équipements
d'émission genre CB, émetteurs FM, micro sans fil de
qualité, TalkyWalky (par exemple, un quartz de 27,125MHz
qui correspond au canal 14 de la bande CB), dans les ordinateurs. Dans
certains
équipements vidéo aussi, tels que les codeurs PAL ou
SECAM, où un quartz de 4,43MHz est utilisé pour la
sous-porteuse couleur (chroma). On peut aussi trouver des quartz dans
les équipements audio assurant des conversion analogique vers
numérique (ou l'inverse). La fréquence d'oscillation du
quartz n'est pas forcement utilisée directement, elle peut
être divisée pour obtenir une valeur de façon plus
facile. Par exemple, un microphone sans fil peut intégrer un
synthétiseur de fréquence, qui ne fait usage que d'un
seul quartz, mais qui peut toutefois proposer 1440 canaux
différents, chacun offrant une stabilité en
fréquence qui dépend de celle du quartz. Dans un
convertisseur audio analogique vers numérique, un seul quartz
peut très bien être utilisé pour
générer une horloge à 32 KHz, à 44,1 KHz ou
à 48 KHz.
Pour les équipements
nécessitant une stabilité meilleure que celle
offerte par le quartz (émetteur de télévision par
exemple), il est fait usuge de VCXO (voir paragraphe Variantes).
Un exemple pratique et moins "technique" : prenez l'exemple de votre
montre...
à quartz. Elle contient un quartz (en général de
32,768 KHz) qui permet un cadencement précis de l'heure. Divisez
successivement par 2 la valeur de ce quartz, jusqu'à ce que le
résultat
ne soit plus un entier (la division par 2 est très simple
à
réaliser en électronique). Qu'obtenez-vous ? 1 hertz. Et
1 hertz correspond à une période de 1 seconde, qui
pourrait bien servir de base de
temps.
Magique, non ?
Valeurs
La fréquence de résonnance des quartz que l'on rencontre
"facilement" se situe entre quelques dizaines de KHz et
quelques 100 MHz. Il existe des fabricants de quartz qui
peuvent
tailler un quartz sur mesure pour le faire résonner à la
fréquence de votre choix. Et comme vous pouvez vous en douter,
faire tailler un quartz sur mesure pour un usage unique peut
présenter une contrainte de prix non négligeable, que
l'amateur ne peut pas forcement se permettre.
Fonctionnement du quartz (vue rapide)
Un quartz est un élement mécanique qui présente des caractéristiques
lui permettant de vibrer à une ou plusieurs fréquences bien déterminée.
Quand on dit vibrer, c'est bien à une vibration mécanique que l'on fait
allusion. Cette vibration mécanique peut s'amorcer quand on tapote
(doucement) le quartz mais ne peut rester entretenue : elle disparait
rapidement une fois le choc passé. Pour que le quartz continue de
vibrer (d'osciller), il faut le soumettre à un courant électrique qui
le stimule. Et si le circuit électronique dans lequel on le place
répond à des critères "suffisants", le quartz entre en résonnance (il
se met à osciller) et le reste. Le principe d'un oscillateur à quartz
est justement de fournir l'énergie nécessaire au quartz pour entrer en
oscillation et le rester. Pour diverses raisons, un quartz peut refuser
d'entrer en oscillation, mais ce sujet ne sera pas abordé ici.
Stabilité et précision de la fréquence d'oscillation
Voir page Quartz - Précision
Boitiers
Plusieurs types de boitiers sont disponibles, du tout petit de type
Horloger, que l'on trouve dans les montres à quartz (32,768
KHz), aux formats tout aussi répandus que les HC18, HC25, HC33,
HC38 ou encore HC49.
Modes de fonctionnement
Mode Fondamentale
- Le quartz
oscille sur sa fréquence fondamentale.
Mode Overtone
- Le quartz
oscille sur une fréquence multiple de sa fréquence
fondamentale (harmonique 3, 5 ou 7).
Résonnance d'un quartz
On peut adopter deux types de cablage pour faire entrer un quartz en
oscillation : mode série ou mode parallèle.
Résonnateurs céramiques
Ce ne sont pas des quartz,
mais ils peuvent les remplacer dans certains cas, notemment dans les
"basses" fréquences (disons inférieures à une
dizaine de
mégahertz).
TCXO
Le TCXO est un oscillateur à base
de quartz placé dans une enceinte (petit boitier)
thermostaté, dont la température interne est maintenue
constante quelque soit la température ambiante, grâce
à un système de régulation de température.
L'échauffement du boitier peut être assuré par un
transistor de puissance directement fixé au boitier. Si au
niveau stabilité de fréquence on veut
encore mieux, on peut faire appel à un système
basé sur l'emploi de
rubidium. Mais là, on s'éloigne vraiment du sujet...
