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Un bref guide sur les cristaux à quartz de coupe AT

Posted: 29th June 2015

Du moment qu’un cristal a une performance conforme à sa spécification, peu de nous ne se soucient de la méthode utilisée pour le fabriquer, ni même de la façon exacte dont il fonctionne. Mais arrive le moment où il peut être utile d’avoir des connaissances de base, si ce n’est que pour être en mesure de rejeter les prétentions de performance les plus exagérées indiquées sur certaines fiches techniques.

Les plaquettes à partir desquelles les cristaux sont fabriqués pour les applications électroniques sont coupées dans des pierres de quartz. Le sens de la coupe détermine le mode vibratoire du cristal, ses caractéristiques fréquence-température, son comportement avec l’âge, ainsi que divers autres paramètres.

Environ 90% de tous les cristaux utilisés dans ces applications sont ainsi appelés cristaux à coupe AT. Ceci signifie que les pierres sont coupées à un angle de 35 ° 15’ par rapport à l’axe Z. La coupe AT est populaire à cause des caractéristiques de température des cristaux qui en résultent. On peut les utiliser de -40 °C à + 125 °C et leur point d’inflexion – le point de symétrie à partir duquel la fréquence s’élève ou baisse – se situe à une température de – of 25 °C.

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L’angle de la coupe est particulièrement critique lorsqu’un lot de cristaux doit exhiber les mêmes caractéristiques. Dans ce cas, la norme industrielle est de spécifier l’angle de coupe au sein d’une tolérance de ±15 secondes d’un degré (ou 0,0042 d’un 1 degré). Parfois, l’angle de coupe peut être délibérément modifié légèrement, afin de réaliser le changement souhaité dans les caractéristiques de température.

Comme pour tous les composants électroniques, les pièces avec des tolérances très serrées coûtent plus cher que celles avec des tolérances moins rigoureuses, principalement à cause des rendements plus limités qui peuvent être réalisés lorsque les tolérances sont plus strictes.

Il est intéressant de savoir que les caractéristiques température-fréquence d’un cristal de coupe AT sont symétriques. C’est pour cette raison que vous verrez des spécifications pour les cristaux indiquées comme étant de 0 °C à 50 °C, -10 °C à + 60 °C, -20 °C à +70 °C, etc. Ces plages de températures spécifiées sont toutes symétriques autour de 25 °C. Il est donc logique que la plage de température «industrielle» de -40 °C à +85 °C, souvent utilisée pour caractériser d’autres composants électroniques, y compris les semi-conducteurs, ne soit pas le moyen le mieux approprié pour spécifier un cristal. La plage de température équivalente la plus proche qui serait appropriée est -40 °C à +90 °C. Donc, si vous voyez des normes de conception qui exigent un cristal avec une stabilité de ±10 ppm, de -40 °C à +85 °C, faites preuve de prudence. Nous explorerons cette question plus avant dans notre prochain blogue.

Note historique

Le cristal de coupe AT a eu 80 ans l’an dernier. Messieurs F.R. Lack et G. W. Willard l’avaient découvert en 1934, ainsi que sa contrepartie de coupe BT, alors qu’ils travaillaient dans les laboratoires de Bell Telephone, qui faisaient partie de AT&T. Ce duo, avec un autre collègue, M. I. E. Fair, publièrent un article fondamental sur les cristaux, intitulé «Quelques améliorations dans les éléments de circuit à cristal de quartz», dans l’édition de juillet 1934 de la revue technique des laboratoires Bell. Vous pouvez en obtenir une copie dans la bibliothèque Wiley en ligne en cliquant ici.

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