Circuit d'oscillateur à cristal :comment en construire un

Êtes-vous un ingénieur ou un fabricant qui souhaite comprendre la fréquence du temps de suivi ou la stabilisation des émetteurs et récepteurs radio ? Si oui, vous devez avoir une large compréhension d'un circuit d'oscillateur à cristal avec capacité de charge. De cette façon, vous pouvez construire un projet, comme une montre qui garde une trace du temps ou fournit des signaux d'horloge. En outre, vous trouverez principalement les circuits d'oscillateur à cristal dans les oscillateurs RF.

Donc, dans cet article, nous parlerons longuement des oscillateurs à cristal.

Qu'est-ce qu'un circuit d'oscillateur à cristal ?

Schéma de l'oscillateur à cristal

Source :Wikimedia Commons

En termes plus simples, un circuit oscillateur à cristal est la carte de circuit électronique qui abrite l'appareil qui produit une fréquence spécifique. C'est aussi un circuit oscillateur électronique qui fonctionne avec la résonance mécanique d'un cristal vibrant pour générer une fréquence constante.

De plus, vous pouvez utiliser la fréquence produite par un oscillateur à cristal pour :

• Suivez le temps avec les montres à quartz
• Générer un signal stable pour les circuits intégrés numériques
• Stabiliser et maintenir une large gamme de fréquences de récepteurs et d'émetteurs radio

De plus, un oscillateur à cristal dépend fortement de la piézoélectricité transposée ou de l'électrostriction pour fonctionner efficacement. Et le processus se produit lorsque vous avez des altérations dans la forme d'un cristal de quartz dans un champ électrique.

Comment fonctionne l'oscillateur à cristal ?

L'oscillateur à cristal utilise le principe de l'effet piézoélectrique inverse. Et le circuit résonnant comprend la résistance (frottement de la structure interne du cristal), l'inductance (masse cristalline), la capacité C1 (capacité du moulage mécanique du cristal) et la capacité C2 (conformité).

Ainsi, lorsque vous appliquez un champ de modèle électrique au circuit, cela génère une déformation mécanique sur certains matériaux. Le parcours produit également une différence de potentiel entre les faces opposées du cristal.

De même, si vous avez une différence de potentiel qui s'applique sur l'une des faces, une contrainte mécanique en résultera. Et cette contrainte mécanique est l'effet piézoélectrique.

En règle générale, le meilleur cristal à utiliser pour ce circuit est le quartz. En plus de cela, il est plus supérieur à la plupart des résonateurs ; Le quartz est portable. De plus, ils sont très stables, économiquement liés, facilement disponibles et ont un bon facteur de qualité.

Cela dit, votre cristal piézoélectrique peut avoir une vibration mécanique lorsque vous le soumettez à un potentiel alternatif adapté. De plus, lorsque la plage de fréquences de votre tension alternative est égale à la fréquence naturelle de votre cristal, vous obtiendrez un maximum de l'amplitude de vos vibrations mécaniques.

De plus, le circuit électrique équivalent explique le mode de fonctionnement du cristal. De plus, l'oscillateur à quartz a deux résonances fondamentales, comme les résonances parallèles et en série.

Comment construire des circuits d'oscillateur à cristal ?

Voici quelques exemples de circuits d'oscillateur à cristal :

1. Circuits d'oscillateur à cristal utilisant 74LS04

Oscillateur à cristal utilisant 74LS04

Source :Researchgate ℅ Xiao Chen

Il est assez courant de trouver ce type de circuit dans les applications numériques. Et c'est parce qu'il produit différentes formes d'onde. En outre, ils aident à créer une gamme de fréquences pour être un temps de base.

Certaines des pièces utilisées par le circuit incluent :

• Cristal à assembler avec une résistance
• Un condensateur et une résistance dans le circuit de l'oscillateur RC
• Le circuit oscillateur LC avec condensateurs et fils

Principe de fonctionnement

Ce circuit associe deux résistances de même résistance (1K à 4,7K) avec une conception d'oscillateur à cristal (1MHz à 10MHz). Et cela fonctionne avec deux portes inverseuses qui sont dans la résonance parallèle IC1.

En fonction du cristal utilisé par votre circuit, il peut générer une tolérance de fréquence harmonique de sortie de 1 MHz à 10 MHz. Sans aucun doute, vous pouvez rencontrer quelques défauts mineurs dans la stabilité de la fréquence de sortie.

Et cela se produit à cause des changements de température lorsque le circuit fonctionne. Par conséquent, cela affecte la capacité du cristal et crée des tolérances de fréquence. Mais si vous comparez ce circuit aux oscillateurs courants qui utilisent des réseaux LC ou RC, il a une valeur moindre.

De plus, ce circuit utilise une faible consommation de courant. Ainsi, vous pouvez opter pour une alimentation constante de 5V. De plus, vous pouvez maintenir la sortie à une tension constante en utilisant une alimentation DCV de 9 à 12 volts vers un régulateur DC IC2-78L05.

Lorsque les condensateurs (C1, C2) filtrent le courant, C2 tire une haute fréquence et protège le circuit des interférences.

Cela dit, voici les composants dont vous avez besoin pour ce circuit :

• XTAL1 – cristaux entre 1 MHz et 10 MHz
• R1, R2 – 1 K à 4,7 K (1/4 W + 5 %)
• C3 – 2,2 µF (16 V) électrolytique
• IC1 – 74LS04, Inverseur porte IV
• C1 – 10 µF (16 V) électrolytique
• IC2 – 78L05 (5V)
• Carte PCB universelle
• D1 – Diode 1N4001 (1A 50V)
• C2 - polyester 0,1 µF (50 V)

Test du circuit avec TTL 74LS04

Comme ce circuit est bon marché et simple, vous avez besoin d'un cristal, d'un TTL SN7404 et de quatre résistances. Les résistances (R1 à R4) polariseront les portes de l'inverseur de l'arbre dans les régions linéaires tandis que le cristal donne une rétroaction.

De plus, l'oscillation ne se produit qu'à la fréquence primaire du cristal. Ensuite, à 5 V p-p, votre signal de sortie doit former un oscillateur à onde carrée.

2. Oscillateur harmonique

Oscillateur harmonique

Source :Researchgate ℅ Peter Pfeifer

Un oscillateur harmonique est utile lorsque vous ne pouvez pas fabriquer de cristaux de taille standard et que votre plaquette de quartz est assez fine. Par exemple, votre oscillateur aura une charge accordée d'un émetteur 144 avec une source de fréquence.

Et la charge a généralement un multiple impair de la fréquence primaire du cristal. Par conséquent, un oscillateur harmonique est le mieux adapté à cette application. Les cristaux harmoniques de cet oscillateur sont de 11,6 MHz et il s'accorde sur la troisième harmonique de 34,8 MHz.

Les spires primaires de ce circuit sont au nombre de 15 avec un transformateur de sortie (Amidon T-50_6). Quant aux virages secondaires, cela dépend de ce que vous connectez à la configuration. Ainsi, si votre sortie suit un circuit plus triple, l'appareil sera la source d'un émetteur-récepteur de cristal de 104 MHz.

3. Circuit d'oscillateur à cristal CD4060

Oscillateur à cristal avec CD4060

Source :Researchgate

Cela dit, le cours comprend IC4013 et IC4060. Ce circuit a une taille de fréquence d'environ 1Hz ou 2Hz. Et vous pouvez l'utiliser pour une horloge numérique standard ou un circuit d'horloge ordinaire. De plus, l'IC4060 est un oscillateur et un compteur à simple effet. Et vous pouvez déterminer la fréquence avec le condensateur et la résistance externes.

De plus, l'IC4060 a un cristal de quartz et c'est le générateur de fréquence standard du circuit. Le condensateur n'est pas en reste car il aide au réglage de la période. Et l'IC4060 a des contre-courses à l'intérieur, avec une fréquence de 2 Hz qui divise la broche 3. De plus, si vous souhaitez diviser deux des fréquences du signal d'horloge, utilisez l'IC4015.

4. Oscillateurs à radiofréquence

Conception du circuit de l'oscillateur RF

Source :Researchgate ℅ CCBY

Si vous regardez attentivement le schéma du circuit, vous remarquerez l'oscillateur à cristal principal dans le coin inférieur gauche. Vous verrez également un petit amplificateur de puissance de 1 W.

Le composant aide à piloter un filtre passe-bas et un circuit d'adaptation.

Ensuite, l'oscillateur utilise un circuit de mise en forme de clé pour allumer et éteindre l'oscillateur.

Par conséquent, le circuit démarrera et s'arrêtera doucement. De plus, cela permet d'éviter la transmission des clics.

L'appareil offre plus de puissance et une forme d'onde plus propre, et tout cela grâce au circuit de drain de son oscillateur FET. Fait intéressant, le parcours est alimenté par un code Morse QRP de bande amateur de 40 m ou un émetteur à onde continue (microcommutateur).

5. Inverser les oscillateurs à grille

Inverser les oscillateurs à grille

Les oscillateurs à grille inverseuse sont l'un des oscillateurs les plus simples que vous puissiez fabriquer. La meilleure partie est que vous pouvez opter pour presque n'importe quel CMOS à porte inverseuse, qui fonctionnera. Ainsi, vous pouvez utiliser un CMOS à porte inverseuse comme 74HC14, 4069, 74HC04, etc.

De plus, les portails entièrement numériques ont généralement à nouveau. Mais si vous voulez qu'ils fonctionnent comme des amplificateurs, polarisez-les avec une résistance d'environ 1M5 et plus. De plus, votre circuit peut offrir un déphasage de 1800. Et la seule façon de faire une rétroaction positive de 3600 et d'initier une oscillation est d'utiliser des condensateurs. Les condensateurs vous aideront à fournir le déphasage restant.

Cela dit, aucun des composants de ce circuit n'est critique. Ainsi, les condensateurs (C1 et C2) peuvent aller de 10p à 100p. D'autre part, votre résistance (R1) peut être comprise entre 10K et 10M. En bref, vos valeurs doivent dépendre de la taille et de la fréquence de votre cristal.

Et si vous voulez des valeurs précises ? Vous pouvez l'obtenir en vous assurant que votre C1 est un condensateur variable. Mais si vous n'avez pas besoin de cette précision, optez pour un second condensateur 39p.

Applications de l'oscillateur à cristal

Vous pouvez utiliser l'oscillateur à cristal pour les applications critiques suivantes :

• Jeux vidéo
• Modems
• Ordinateurs personnels
• Application automobile
• Télécommunications
• Commande moteur
• Systèmes numériques
• Systèmes GPS
• Capteurs de température
• Systèmes de télévision par câble

L'essentiel

Il ne fait aucun doute que le fait d'avoir des informations détaillées au-dessus du circuit de l'oscillateur à cristal vous donne un avantage considérable lors de la création d'appareils électroniques spécifiques, principalement du bricolage.

C'est pourquoi nous avons écrit cet article, pour vous aider dans votre cheminement vers l'apprentissage des circuits d'oscillateur à cristal.

Par conséquent, nous serons heureux de répondre à toutes vos questions concernant cet article. Alors, n'hésitez pas à nous contacter, et nous vous répondrons dès que possible.