Brevet FR2009783A1 — publié le 19700206

la présente Invention se rapporte à des systèmes dans lesquels des premières oscillations engendrées par un premier oscillateur à une première fréquence supérieure sont utilisées pour commander la production de secondes oscillations par un second oscillateur 5 à une seconde fréquence inférieure, le second oscillateur étant commandé de telle manière que la seconde fréquence soit un sous-multiple fixe entier de la première fréquence„ Il est connu que dans un oscillateur idéal ayant un unique mode d'oscillation sinusoïdal d'amplitude constante, on peut tou-10 jours trouver deux paramètres qui varient chacun sinusoïdalement en fonction du temps de telle manière que leurs variations soient en quadrature,et dont les valeurs fixent complètement l'état de l'oscillation. On pourra appeler ci-après une. telle paire de paramètres "paramètres conjugués". 15 Pour prendre un exemple mécanique, si on considère une masse qui oscille suivant une droite sous l'action de la force, de rappel d'un ressort simple, on peut prendre comme premier paramètre l'écart de la masse par rapport à sa position d'équilibre, de sorte que la vitesse de la masse (ou sa quantité de mouvements) peut être 20 utilisée comme paramètre conjugué. On peut considérer comme exemple électrique un circuit oscillant comprenant une self sans pertes connectée en parallèle sur un condensateur sans pertes et on peut prendre comme premier paramètre la tension aux bornes du condensateur et comme paramètre 25 conjugué du précédent le flux magnétique à travers 11 enroulement de la self» On voit que si, dans un tel oscillateur, quand un des paramètres atteint sa valeur maximum, il est contraint à rester à cette valeur pendant un certain intervalle de temps et que si la contrairt-30 te est ensuite supprimée, cet intervalle de temps est ajouté effectivement à la période normale d'oscillation du système-. Quand le premier paramètre a sa valeur maximum, le. paramètre conjugué a une valeur nulle ou sa valeur moyenne et conserve cette valeur tant que le premier paramètre est contraint à rester à sa valeur 35 maximum. Dans un oscillateur pratique ayant un mode d'oscillation sensiblement sinusoïdal maintenu à une amplitude sensiblement constante, par exemple par un moyen mécanique ou électrique approprié, il existe toujours des paramètres qui peuvent être considérés 40 avec un degré d'approximation suffisamment grand comme conjugués 69 17902 -2- 2009783 l'un de l'autre au sens discuté .précédemment et c'est ainsi qu'on désignera ci-après de telle paire de paramètres. Conformément à un aspect de l'invention, un procédé pour "utiliser un oscillateur de façon à commander la fréquence d'oscilla-5 tion d'un second oscillateur de fréquence inférieure ayant un mode d'oscillation sensiblement sinusoïdal d'amplitude constante consiste à détecter le passage par orne valeur maximum d'un paramètre oscillant du second oscillateur à exercer une contrainte sur ce paramètre pour le maintenir à sa valeur maximum de façon à em-10 pêcher temporairement l'oscillation du second oscillateur, et à supprimer la contrainte dès que le premier oscillateur atteint ensuite 5une position de référence dans son cycle d'oscillation. Le procédé peut comporter une application d'un signal de sortie du premier oscillateur de façon à empêcher l'application de la 1 5 contrainte chaque fois que le premier oscillateur est audit point de référence. autre Conformément à un/aspect de l'invention, un arrangement de circuit électrique comprend un oscillateur pour commander la fréquence d'oscillation d'un second oscillateur ayant une fréquence 20 plus basse et un mode d'oscillation sensiblement sinusoïdal d'amplitude constante, un premier moyen détecteur pour détecter le passage par une valeur maximum d'un paramètre oscillant du second oscillateur un moyen actif commandé par le premier moyen détecteur, arrangé de façon à exercer une contrainte sur le paramètre pour 25 empêcher une oscillation temporaire du second oscillateur, et un second moyen détecteur commandé par le premier oscillateur et arrangé de façon à supprimer cette contrainte chaque fois que le premier oscillateur atteint un point de référence dans son cycle d'oscillation» 30 Le moyen actif peut être arrangé de façon à être bloqué par le second moyen détecteur pour empêcher l'application de la contrainte chaque fois que le premier oscillateur est à son point de référence» De préférence, le premier moyen détecteur est sensible au 35 second paramètre ou paramètre conjugué quand la valeur de celui-ci passe par sa valeur moyenne, qui est souvent nulle. On comprendra • qu'il est plus facile, en général, de détecter avec "précision le passage d'un paramètre par zéro que le passage par une valeur maximum. 40 On-voit que la période de la seconde oscillation, quand elle 69 17902 -3- 2009783 est commandée de la manière décrite ci-dessus, est un multiple entier de la période de la première oscillation, le nombre entier constituant le multiple en question étant la partie entière de la fraction suivante : 5 (période du second oscillateur non commandée) + 1 (période du second oscillateur) Ainsi, si cette quantité est initialement égale à n-q, où £ est une fraction appropriée positive (c'est-à-dire que £ est infé-10 rieur à l'unité) et n est un nombre entier, le rapport de la période du second oscillateur à celle du premier est égal à n quelle que soit la valeur de £ et, même si la période non commandée du second oscillateur varie au cours du temps, le rapport de la fréquence du second oscillateur commandé à celle du premier oscilla-15 teur est inchangé tant que n reste inchangé. En' pratique," le second oscillateur pourrait être réglé initialement de telle' sorte que £ soit égal à Dans ce cas, tant que la période non commandée du second oscillateur ne varierait pas de plus de la moitié de la période du premier oscillateur, sa période commandée serait 20 inchangée. On trouve en pratique que cette condition peut être satisfaite sans difficulté excessive pour des valeurs très grandes de n, par exemple pour n = 400, de sorte qu'au moyen de l'invention un grand rapport de division de fréquence pourrait être obtenu en une seule opération. 25 Si le second oscillateur comprend un unique circuit résonnant ayant un condensateur et une self en parallèle comme élément principal déterminant la fréquence non commandée, le flux magnétique à travers la self peut être pris comme premier paramètre de la paire de paramètres conjugués et la tension aux bornes du conden-30 sateur peut être prise comme second paramètre, et vice versa. Si le second oscillateur comprend un balancier et un ressort spiral, comme dans une montre ou une pendule, on peut prendre, comme premier paramètre, l'écart angulaire du balancier par rapport à sa position moyenne (dans laquelle le ressort n'est pas sous tension mécanique) 35 et comme second paramètre la vitesse angulaire du balancier. Le balancier serait alors bloqué dans une position extrême de son oscillation puis relâché quand la première oscillation atteindrait un point de référence ou repère dans son cycleb Selon une variante, le balancier serait désaccouplé du ressort spiral dans la position 40 moyenne et accouplé de nouveau à celui-ci quand la seconde oscil- 69 17902 2009783 lation atteindrait le point de repère. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement 5 limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention s Sur ces dessins : - la figure 1 est un schéma électrique d'un exemple de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente les formes d'onde des signaux engendrés 10 en différents points du montage de la figure 1. Certains des éléments représentés sur la figure 1 accomplissent des fonctions qui seront évidentes aux spécialistes simplement par un examen de cette figure. On ne mentionnera pas beaucoup de ces éléments dans la description suivante d'une manière explicite. A 15 titre d'exemple, les valeurs des éléments sont indiquées sur la figure 1. On va se référer maintenant à la figure 1 ; le montage reçoit sa puissance d'alimentation à partir d'une source (non représentée) branchée entre le conducteur 1 (borne positive) et le conducteur 2 20 (masse). Un transistor npn 3 et un cristal piézoélectrique 4 sont branchés dans le circuit d'un oscillateur classique qui constitue le premier oscillateur et qui produit un signal de sortie sous forme d'impulsions positives d'une fréquence de 1 mégacycle par seconde aux bornes de la résistance 5 dont la première borne est 25 reliée au conducteur positif 1. Un second transistor pnp 6, un condensateur 7 et une self 8, à prise médiane sont branchés dans le circuit d'un oscillateur Hartley classique constituant le second oscillateur. La prise centrale de la self 8 est mise à la masse. La fréquence non commandée 30 du second oscillateur est ainsi déterminée d'une manière prédominante par les valeurs de la capacité 7 et de la self 8. Une borne du condensateur 7 et une borne de la Self 8 sont réunies l'une à l'autre et au collecteur du transistor 6. Ce point de jonction est relié à 1!émetteur d'un transistor npn 9 dont la base et le collec-35 teur sont reliés l8un à l'autre, de sorte que ce dernier transistor se comporte en diode. La base et le collecteur du transistor 9 reliés l'un à l'autre sont reliés à la base d'un transistor npn 10 qui est associé à un transistor pnp 11 suivant un circuit de déclenchement classique. Le signal de sortie du circuit de déclen-40 chement est appliqué à un circuit différentiateur comprenant un 69 17902 -5- 2009783 condensateur 12 et une résistance 13 en série de façon à produire, au point de jonction entre le condensateur 12 et la résistance 13, des impulsions positives qui sont appliquées à la base du transistor npn 14. Des impulsions négatives correspondantes (dbne durée 5 de l'ordre de 1 microseconde) sont engendrées sur le collecteur du transistor 14 et sont appliquées, non seulement à la borne 15 à titre de signal de sortie du circuit, mais encore, par l'intermédiaire d'un condensateur 16 et d'une résistance 17, à la base d'un transistor pnp 18. Le circuit émetteur-collecteur d'un transistor ÎO npn 19 est connecté en parallèle sur la résistance 17, et sa base est connectée à la seconde borne de la résistance 5 de sorte que l'impulsion positive de sortie du premier oscillateur est appliquée à la base du transistor 19. le collecteur du transistor 18 est relié par une résistance 20 à la borne de la self 8 qui est éloi-15 gnée du collecteur du transistor 6 ; et la résistance 20 et le . transistor 18 sont tels que, lorsque le transistor 18 est pleinement conducteur sous l'influence des impulsions négatives appliquées à sa base, le courant qui traverse ces éléments et la self 8 est tel qu'il produit à travers l'enroulement de la self 8 un flux 20 magnétique égal à la valeur maximum de ce flux quand le second oscillateur oscille dans des conditions commandées. On va décrire maintenant le mode de fonctionnement du système en se référant en particulier aux formes d'onde représentées sur la figure 2. 25 Les impulsions positives d'une fréquence de répétition de 1 mégacycle par seconde produites par le premier oscillateur sur la base du transistor 19 sont représentées en 2a. On a représenté en 2b le flux magnétique à travers l'enroulement de la self 8 ; et on peut aussi considérer que cette forme d'onde représente, à une 30 échelle appropriée, le courant traversant la self. On a représenté en 2ç la tension entrai'émetteur du transistor 6 et la masse, et on peut oonsidérer que cette courbe représente aussi la tension aux bornes du condensateur 7 à une échelle appropriée. La forme d'onde 2b présente sa valeur maximum lorsque la forme d'onde 2ç 35 passe par 0. Les parties entièrement courbes de ces deux formes d'onde représentent un seul cycle complet d'oscillation du second oscillateur non commandé, d'une période inférieure à 400 microseconde (mais supérieure à 399 microsecondes). Tant que la tension du collecteur du transistor 6 est négative, le. transistor 9 monté 40 en diode est conducteur et le transistor 10, de même que le tran 69 17902 -6- 2009783 sistor 11, est bloqué. Lorsque cette tension passe par zéro, le transistor 10 est débloqué, de même que le transistor 11. D'une manière habituelle, une impulsion positive est produite sur le collecteur du transistor 11, ainsi qu'il est représenté sur la 5 figure 2 en 2d. (L'échelle des temps est très exagérée pour toutes les formes d'onde sur la figure 2, entre l'instant du maximum de la forme d'onde 2b, indiqué par la droite 21, et un instant postérieur de 3 microsecondes environ, indiqué par la droite 22). Cette impulsion est différentiée par le condensateur 12 et la 10 résistance 13 de façon à produire une impulsion d'une durée de l'ordre de 1 microseconde qui est appliquée à la base du transistor 14. Le transistor 14 est débloqué par l'impulsion positive produite par le flanc avant de la forme d'onde 21 de sorte qu'une impulsion de tension négative, d'une durée de l'ordre de 1 micronseconde, 15 est engendrée sur son collecteur (forme d'onde 2e) et constitue le signal de sortie du système. Cette impulsion est aussi appliquée à la base du transistor 18,par l'intermédiaire d'un condensateur 16 et d'une résistance 17, cette résistance 17 étant reliée en retour au conducteur positif. 20 Tant que le transistor 19 est bloqué, c'est-à-dire pendant la partie positive de la forme d'onde de sa tension de base, c'est-à-dire celle qui est représentée en 2a, le transistor 18 est conducteur mais, dès que cette forme d'onde devient positive, et que le transistor 19 est débloqué, le transistor 18 est bloqué, on 25 comprendra que, lorsque l'impulsion de la forme d'onde 2e a une durée de 1 microseconde et que la fréquence de la forme d'onde 2a est de 1 mégacycle par seconde, la forme d'onde 2a doit nécessairement devenir positive en coïncidence avec un certain point de l'impulsion de la forme d'onde 2e0 Ainsi, le transistor 18 transmet 30 une■ impulsion de courant représentée par la forme d'onde 2f qui commence lorsque la forme d'onde 2e_ atteint sa crête positive et qui cesse quand la forme d'onde 2a devient ensuite positive. L'intensité de ce courant est déterminée d'une manière prédominante par la résistance 20, et la valeur de cette résistance est telle 35 qu'elle a été indiquée précédemment, ou choisie de telle sorte que l'intensité de ce courant soit telle qu'elle maintient le flux magnétique à travers la self 8 à sa valeur maximum ; ceci signifie que la tension aux bornes du condensateur 7 reste nulle. Ainsi, à la fin de l'impulsion de la forme d'onde 2f, l'oscillation du 40 second oscillateur recommence et la succession de fonctionnement 69 17902 -7- 2009783 décrite précédemment recommence quand la forme d'onde 2b atteint ensuite sa valeur maximum positive ; et on voit que l'intervalle de temps séparant les impulsions successives de la forme d'onde 2e_ est un multiple entier de l'intervalle de temps séparant les -5 impulsions successives de la forme d'onde 2a qui est (a) supérieur à 399 et (b) qui dépasse 399 d'une fraction appropriée? c'est-à-dire que l'intervalle de temps séparant les impulsions de la forme d*onde 2e doit être exactement égal à 400 fois l'intervalle de temps séparant les impulsions de la forme d'onde 2a ; et la fré-10 quence de répétition du signal de sortie du système engendré sur la borne 15 est exactement de 2.500 cycles par seconde, même si la fréquence non commandée du second oscillateur peut varier, à condition que la période ne varie pas soit au-dessous de 399 microsecondes soit au-dessus de 400 microsecondes. 15 L'impédance d'entrée du montage décrit est très grande, sauf pendant les périodes durant lesquelles le transistor 18 est conducteur» Le transistor 18 est débloqué seulement pendant une petite fraction d'une microseconde à la fois, ou pas du tout, et l'intervalle séparant les déblocages du transistor 18 est de l'ordre de 20 400 microsecondes» Ainsi, le montage a une consommation en courant extrêmement économique, de sorte que l'invention est particulièrement applicable à l'horlogerie, lorsque, dans une pendule (ou chronomètre) portative par exemple, une économie de courant extrême est nécessaire pour éviter les changements trop fréquents de la 25 batterie. 30 35 40 69 17902 2009783 -8- , REVENDICATIONS 1°) Procédé pour utiliser un premier oscillateur pour commander la fréquence d'oscillation d'un second oscillateur d'une fréquence plus basse ayant un mode d'oscillation sensiblement sinu-5 soldai d'une amplitude constante, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à détecter le passage par une valeur maximum d'un premier paramètre oscillant du second oscillateur, à exercer line contrainte sur ce paramètre pour le maintenir à sa valeur maximum de façon à empêcher temporairement l'oscillation du second 10 oscillateur, et à supprimer la contrainte dès que le premier oscillateur atteint ensuite un point de référence dans son cycle d'oscillation. 2°) Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce quà le passage par la valeur maximum dudit premier paramètre est déter-15 miné en détectant le passage par la valeur moyenne d'un paramètre conjugué de ee paramètre. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer un signal de sortie du premier oscillateur pour empêcher l'application de la contrainte 20 chaque fois que le premier oscillateur est audit point de référence 4°) Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer ledit signal de sortie pour empêcher l'application de ladite contrainte pendant à peu près la moitié d'un cycle d'oscillation du premier oscillateur. 25 5° Procédé selon n'importe laquelle des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que le second oscillateur est un oscillateur mécanique. 6°) Montage électrique•comprenant un premier oscillateur pour commander la fréquence d'oscillation d'un second oscillateur de 30 fréquence inférieure ayant un mode d'oscillation sensiblement sinusoïdal d'une amplitude constante, ce montage électrique étant carac térisé en ee qu'il comprend un premier moyen détecteur pour détecter le passage par une valeur maximum d'un paramètre oscillant du second oscillateur, un moyen actif commandé par le premier moyen 35 détecteur et arrangé de façon à exercer une contrainte sur ledit paramètre pour empêcher temporairement une oscillation du second oscillateur, et un second moyen détecteur commandé par le premier oscillateur et arrangé de façon à supprimér ladite contrainte chaque fois que le premier oscillateur atteint un point de repère 69 17902 -9- 2009783 dans le cycle d'oscillation. 7°) Montage électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit moyen actif est arrangé de façon à être bloqué par le second moyen détecteur pour empêcher l'application de la con-5 trainte chaque fois que le premier oscillateur est à son point de référence. 8°) Montage électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second moyen détecteur est arrangé de façon à bloquer le moyen actif pendant à peu près la moitié du cycle d'oscillation 10 du premier oscillateur. 9°) Montage électrique selon n'importe laquelle des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le premier moyen détecteur est arrangé de façon à détecter le passage dudit premier paramètre par la valeur maximum par détection de la valeur moyenne d'un para-15 mètre conjugué de ce paramètre»