Qu’est-ce qu’un résonateur en céramique ?
Les résonateurs en céramique sont un type de dispositif électronique qui utilise une céramique vibrante (le titanate de zirconate de plomb étant le plus courant). Ils exploitent le phénomène de vibration à une fréquence spécifique.
Le quartz est souvent utilisé comme matériau pour les oscillateurs, car il ne nécessite aucun réglage et présente une excellente stabilité. Il est toutefois coûteux et présente l’inconvénient d’être de grande taille. Les résonateurs en céramique sont utilisés dans de nombreux appareils électroniques en raison de leur faible coût et de leur petite forme.
Dans les appareils tels que les microcontrôleurs à une puce, la précision requise pour l’horloge de référence est relativement faible, de sorte que les résonateurs en céramique sont suffisants.
Utilisations des résonateurs en céramique
Les résonateurs en céramique sont principalement utilisés dans les circuits d’oscillation pour les horloges de référence dans les circuits numériques. Ils peuvent cependant être utilisés dans une large gamme d’appareils, comme décrit ci-dessous. En particulier, ils servent activement lorsque la compacité/légèreté est une priorité.
- Les horloges numériques et montres intelligentes
- Les minuteries dans les appareils ménagers tels que les fours à micro-ondes et les fours électroniques
- Les unités de contrôle des moteurs automobiles (ECU)
- L’accordage des équipements audio et des instruments de musique
- La génération de signaux d’horloge pour les équipements de communication de données
- Le contrôle de la synchronisation des équipements de mesure et de contrôle
- Les robots et systèmes de contrôle automatique
- Les minuteries et contrôleurs dans les appareils médicaux
- Le contrôle de la synchronisation des serrures électroniques et des systèmes de sécurité
- La gestion des batteries dans les appareils mobiles
Principe des résonateurs en céramique
Le principe des résonateurs en céramique repose sur l’effet piézoélectrique (effet piézoélectrique).
1. L’effet piézoélectrique
Les matériaux céramiques sont capables d’interconvertir les déformations physiques et les signaux électriques grâce à l’effet piézoélectrique. Ce dernier est un phénomène par lequel une force appliquée à un matériau provoque une déformation minime de celui-ci et génère simultanément une charge électrique.
2. la génération de vibrations
Dans les résonateurs en céramique, l’effet piézoélectrique est déclenché par l’application d’une tension au matériau céramique, lui faisant subir une déformation infime. Cette dernière fait vibrer le matériau céramique, la fréquence de la vibration étant déterminée par les propriétés physiques de celui-ci.
3. Le contrôle de la vibration par rétroaction
Les résonateurs en céramique maintiennent une vibration stable grâce au contrôle par rétroaction de la vibration. Lorsque le matériau céramique vibre, la tension générée par cette vibration est détectée par le circuit de commande.
Ce dernier fournit la tension appropriée à partir de la tension de vibration détectée au matériau céramique (rétroaction) pour contrôler la vibration.
4. La sortie du signal
Lorsque le transducteur en céramique continue à vibrer, la tension générée est émise vers l’extérieur par le circuit de commande. Elle est alors utilisée pour créer une horloge d’une fréquence spécifique.
Caractéristiques des résonateurs en céramique
Les résonateurs céramiques présentent plusieurs caractéristiques par rapport aux circuits d’oscillateurs à cristaux et à cristaux liquides.
1. La petite taille/légèreté
Ils sont fabriqués à partir de matériaux céramiques relativement petits. L’ensemble du circuit peut aussi être conçu de manière compacte. Cela permet aux appareils et aux systèmes d’être plus petits et plus légers.
2. Le faible coût
Les matériaux céramiques sont disponibles à un coût relativement faible. Les coûts de production relativement bas des circuits d’oscillation en céramique les rendent également adaptés à la production de masse.
3. La faible consommation d’énergie
Les résonateurs en céramique fonctionnent généralement avec une faible consommation d’énergie. Cela augmente leur efficacité énergétique et les rend adaptés aux équipements alimentés par batterie ainsi qu’aux conceptions économes en énergie.
4. La grande fiabilité
Les matériaux céramiques sont robustes, fiables et stables aux vibrations. Les circuits d’oscillation en céramique sont également relativement résistants à la chaleur et aux vibrations. Ils peuvent ainsi être utilisés dans une large gamme de températures.
5. La large gamme de fréquences
Les résonateurs en céramique peuvent fonctionner sur une large gamme de fréquences. Leur capacité à répondre à différentes exigences en matière de fréquence leur permet de convenir à une grande variété d’applications.
Autres informations sur les résonateurs en céramique
Inconvénients
Par rapport aux résonateurs à cristal et à LC, ceux en céramique présentent certaines limitations. Par exemple, leur stabilité de fréquence et leurs caractéristiques de fluctuation de température sont inférieures à celles des résonateurs à cristal.
De plus, les résonateurs à cristal conviennent mieux à des plages de fréquences spécifiques, à l’oscillation à haute fréquence, etc. Ceux à cristal liquide permettent de faire varier librement la fréquence d’oscillation sur une large plage. En revanche, ceux en céramique ne permettent pratiquement pas de faire varier la fréquence d’oscillation.