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Chronologie et histoire du résonateur à quartz

Chronologie et histoire du résonateur à quartz

Il est parfois intéressant de regarder comment le cristal de quartz a été développé et certaines des dates importantes dans sa chronologie. Depuis les premières découvertes aux débuts de l'histoire électrique et électronique jusqu'à nos jours.

Les premiers résonateurs à cristal de quartz étaient grands et encombrants, mais les résonateurs à cristal de quartz d'aujourd'hui sont beaucoup plus petits. Ils sont contenus dans des boîtes hermétiquement fermées et peuvent même être obtenus dans des emballages à montage en surface.

Les styles des cristaux de quartz ont changé et leurs performances se sont considérablement améliorées dans pratiquement tous les aspects au fil des ans.

Résonateurs à quartz

Les cristaux de quartz utilisent l'effet piézoélectrique pour relier le domaine électrique aux résonances Q très élevées du cristal de quartz lui-même.

L'utilisation de ces cristaux permet de fabriquer des résonateurs particulièrement performants et aujourd'hui le coût de ces cristaux peut être très faible compte tenu de leurs performances. De toute évidence, les cristaux à haute tolérance sont disponibles à un prix plus élevé, mais de nombreux cristaux à faible coût sont utilisés dans de nombreux domaines de la conception et de la fabrication électroniques.

Ces cristaux sont utilisés dans une grande variété de domaines, de l'élément résonnant dans les oscillateurs d'horloge dans les cartes à microprocesseur, les PC, etc., aux oscillateurs à cristal pour la conception RF, ainsi que dans les oscillateurs à cristal contrôlés en tension VCXO, les oscillateurs à cristal compensés en température TCXO et également très élevés oscillateurs à cristal OCXOs commandés par four de performance.

Compte tenu de leur utilisation répandue et courante, il est intéressant de voir comment ces composants se sont développés au fil des années.

Remarque sur les résonateurs à quartz:

Les cristaux de quartz sont devenus une partie essentielle de l'électronique d'aujourd'hui fournissant un résonateur haute performance à faible coût. Ces composants sont utilisés comme élément résonant dans de nombreuses conceptions électroniques, des oscillateurs d'horloge à microprocesseur aux conceptions RF pour oscillateurs, en passant par les oscillateurs stables à haute performance et également dans les filtres à cristal.

En savoir plus sur Technologie de résonateur à quartz.

Chronologie du résonateur à quartz

Le tableau ci-dessous donne quelques-uns des principaux jalons de l'histoire de l'utilisation du cristal de quartz dans la conception de circuits radio et électroniques.

Au fil des ans, l'utilisation de résonateurs à cristal de quartz dans les conceptions électroniques s'est rapidement développée. Depuis leurs premières utilisations, principalement dans la conception RF, ils sont également devenus plus largement utilisés dans d'autres domaines de l'électronique.

Résonateur à cristal de quartz
Chronologie et historique: - Dates clés
AnDétails de la chronologie
Grec ancienLe quartz a été connu et a attiré l'attention de nombreux peuples depuis les temps les plus reculés; Les cristaux de quartz limpides étaient connus des anciens Grecs sous le nom de krystallos.
1530Le nom quartz est un vieux mot allemand. Son origine est incertaine mais il semble avoir été utilisé pour la première fois par Georgius Agricola à cette époque.
1880Jacques et Pierre Curie remarquent et étudient l'effet piézoélectrique du quartz.
1893Lord Kelvin étudie en outre l'effet piézoélectrique dans les cristaux de quartz et développe une valeur pour la constante piézoélectrique.
1917Oscillator est développé par Alexander Nicholson de Bell Laboratories en utilisant le sel de Rochelle et en fait breveter l'idée en 1918.
1918

Paul Langevin étudie l'utilisation de plaques découpées dans des cristaux de quartz pour développer un système sonar précoce pour la détection des sous-marins. Le système n'a été perfectionné qu'après 1918.

Pour ce travail, Langevin a utilisé des plaques de quartz découpées en X pour générer puis détecter les ondes sonores dans l'eau.

1918 - 1921A W Nicholson de Bell Laborites et le professeur W G Cady de l'Université Wesleyan étudient les oscillateurs piézoélectriques.
1921Le professeur W. G. Cady de l'Université Wesleyan a breveté un oscillateur à quartz. Pour ce brevet, il a utilisé un résonateur à cristal de quartz pour contrôler la fréquence d'un oscillateur, il a également décrit l'utilisation de barres et de plaques de quartz comme étalons de fréquence et filtres à ondes. Il est généralement admis que Cady a été le premier à utiliser un cristal de quartz pour contrôler la fréquence d'un circuit oscillateur.
1923Professeur de Harvard, G W Pierce développe un circuit oscillateur à cristal qui place le cristal entre la grille et l'anode de la valve / tube à vide. Il s'agit d'un prédécesseur de la configuration de l'oscillateur Pierce.
1925Westinghouse a installé un oscillateur à cristal pour l'oscillateur maître de leur station de diffusion KDKA.
1925Un circuit équivalent pour le résonateur à cristal de quartz est développé par Van Dyke.
1926De nombreuses autres stations de diffusion utilisent des oscillateurs commandés par cristal pour contrôler la fréquence de leur signal. Au fur et à mesure que les attributions de canaux se rapprochent au fur et à mesure que de plus en plus de stations commencent à diffuser, le besoin d'un contrôle de fréquence plus étroit devient important.
1926Le cristal taillé Y a été découvert et utilisé pour la première fois. Jusqu'à cette époque, les cristaux de quartz taillés en X étaient la seule forme utilisée. Il a été découvert que bien que le cristal coupé X ait un coefficient de température d'environ -20 ppm / ° C et que le cristal coupé Y présente un coefficient de température d'environ + 100 ppm / ° C, il a montré comment différentes coupes pouvaient présenter des coefficients de température différents.
Vers 1926Les expérimentateurs radioamateurs commencent à utiliser des cristaux de quartz pour les oscillateurs maîtres de leurs émetteurs. Ces oscillateurs ont permis d'obtenir une sortie plus élevée de l'oscillateur par rapport à un oscillateur à réglage LC, ce qui signifie que moins de valves / tubes étaient nécessaires dans leurs conceptions. Les coûts associés aux vannes / tubes étant à l'époque élevés, c'était une considération majeure. Les cristaux de quartz ont également donné un signal beaucoup plus stable.
1927Premier standard d'oscillateur à quartz développé par Warren Marrison de Bell Laboratories.
1934Les coupes AT et BT pour les résonateurs à quartz ont été observées pour la première fois. Ces coupes ont été découvertes indépendamment par Lack, Willard et Fair aux États-Unis, Koga au Japon et Bechmann et Straubel en Allemagne.
1950Un procédé hydrothermique pour la croissance de cristaux de quartz à l'échelle commerciale a été développé aux laboratoires Bell.
1956Le quartz synthétique devient largement disponible.
1968Juergen Staudte de North American Aviation a inventé un procédé photolithographique pour fabriquer des oscillateurs à quartz. Cela leur a permis d'être suffisamment petits pour les produits portables comme les montres.
1974Cristal de quartz taillé SC théorisé par R Holland. Le concept n'a pas été réalisé à ce stade mais simplement proposé en théorie.
1976Les premiers cristaux coupés SC deviennent disponibles. Ils sont principalement utilisés pour les oscillateurs à cristal contrôlés par un four car ils ont leur coefficient de température optimal à une température où ces oscillateurs contrôlés par le four fonctionnent.

Construction des premiers résonateurs à cristal de quartz

Les cristaux de quartz modernes utilisent désormais des techniques de fabrication très sophistiquées. Dans certains domaines, ils présentent des similitudes avec la fabrication de semi-conducteurs. Les deux utilisent des techniques comme la gravure chimique pour obtenir la plus grande précision.

Aujourd'hui, les cristaux de quartz modernes sont contenus dans des emballages hermétiquement scellés pour assurer les niveaux de vieillissement les plus bas.

Cependant, cela n'a pas toujours été le cas, et les premiers cristaux de quartz étaient maintenus entre deux plaques à ressort qui n'étaient en aucun cas très scellées.

Avec les anciennes unités de cristal de quartz, il était possible de les démonter en dévissant simplement quelques vis. Bien qu'ils aient pu être protégés de la poussière importante et d'autres éléments, ils n'étaient pas scellés à l'atmosphère et, par conséquent, des spécifications telles que le vieillissement n'auraient pas été aussi bonnes que les résonateurs à cristal modernes.

Il était même possible de les sortir de leurs supports et de les manipuler. Bien qu'ils puissent être nettoyés avec un solvant organique, cela entraînerait quand même des produits chimiques entrant dans le réseau cristallin et provoquant des changements de fréquence.

Réglage de la fréquence de certains résonateurs à cristal plus anciens

Cependant, un avantage était qu'il était possible de "modifier" la fréquence. Il a été constaté qu'une petite marque de mine de crayon (graphite) sur le cristal abaisserait légèrement sa fréquence.

Bien que la technologie des résonateurs à cristal de quartz n'ait pas l'investissement d'autres technologies liées à l'électronique comme le silicium et les circuits intégrés, elle joue néanmoins un rôle très important dans l'industrie électronique. Les développements se poursuivent et des dates supplémentaires seront ajoutées à la chronologie à mesure que l'histoire avance.


Voir la vidéo: Frise historique (Décembre 2021).