Brevet FR2006225A1 — publié le 19691226

La présente invention concerne un oscillateur utilisant deux amplificateurs comportant un circuit d'entrée à déphasage sensible à la fréquence, les circuits d'entrée répondant à un changement de fréquence par des décalages de phases opposées. Plus particulièrement on utilise, deux amplificateurs diffé rentiers comportant chacun une entrée constituée par la sortie de l'autre amenée par l'intermédiaire d'un réseau de déphasage à résistances capacités.Un tel montage oscillera à la fréquence pour laquelle le déphasage est nul. Les oscillateurs à déphasage ne sont pas nouveaux mais les circuits connus présentent l'inconvénient d'utiliser des inductances qui sont trop encombrantes pour les basses fréquences, nécessitent des capacités réglables et/ou ne sont pas appropriés pour la commutation électronique de fréquence par des circuits à semi-conducteur. Le circuit décrit ici n'utilise pas dSinductan- ces car il ne se compose que de circuits sensibles à la fréquence constitués de résistances et de capacités, on peut faire varier la fréquence en ne changeant que les valeurs des résistances et la fréquence peut être sélectionnée en excitant un circuit à transistors D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence, aux dessins annexes à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci La figure 1 représente un schéma de l'oscillateur de l0invention. La figure 2 représente un graphique montrant la relation entre la phase et la fréquence entre les signaux d'entrée et de sortie d'une première partie de l'oscillateur. La figure 3 est un graphique analogue à celui de la figure 2 pour une seconde partie de l'oscillateur. La figure 4 est un graphique de la phase en fonction de la fréquence pour le circuit de la figure 1. Deux des conditions pour que l'on ait des oscillations entretenues dans un circuit oscillant sont que le gain en boucle fermée du signal d'entrée au signal de sortie soit égal à 1, et que le déphasage dans la boucle soit égal à zéro. Le gain dans une chaine d'amplificateurs est égal au produit des gains de chaque amplificateur. Dans ce dispositif chaque amplificateur est un amplificateur opérationnel qui a ses circuits d'entrée et de réaction réglés afin d'obtenir un rapport 1 entre les amplitudes des signaux d'entrée et de sortie et le gain en boucle fermée est dans tous les cas pratiques égal à l'unité. Puisque le circuit oscillera à la fréquence pour laquelle le déphasage en boucle fermée est égal à zéro, chaque amplificateur opérationnel est réalisé sous forme d'un amplificateur différentiel et les entrées sont réalisées pour donner un déphasage qui est fonction de la fréquence Le déphasage pour les amplificateurs peut être réglé pour être soit positif soit négatif, et il est nécessaire d'utiliser au moins un amplificateur ayant un déphasage positif et au moins un oemplificateur ayant un déphasage négatif. Sur la figure 1, le circuit de l'oscillateur comprend deux sections pratiquement analogues. Dans la première section un amplificateur différentiel 10 de construction classique est l'élément actif. Les amplificateurs différentielssont disponibles dans le commerce et ont un gain très élevé par exemple, 10 000 ou plus ce sont des amplificateurs à couplage direct pratiquement insensibles à la fréquence depuis la fréquence nulle à une fréquence supérieure à la li aas possibilités des amplificateurs. La sortie de l'amplificateur aura une polarité opposée à celle d' entrée. La caractéristique différentielle est incorporée dans les circuits d'entrée qui sont réalisés de façon que le signal sur une entrée, généralement, l'entrée inférieure soit soustrait du signal sur l'entrée supérieure. Cette soustraction des deux signaux a été réalisée de façon bien connue, par exemple on peut utiliser un circuit inverseur pour l'entrée inférieure ou appliquer les deux entrées à la base et à l'émetteur d'un transistor respectivement. La réduction du gain de l'amplificateur différentiel 10 à l'unité est réalisée en plaçant une résistance 11 entre la source de signaux et l'entrée supérieure de l'amplificateur ID et en connectant une résistance égale 12 depuis la sortie de l'amplificateur 10 à son entrée supérieure. Ce circuit de réaction assurera que le signal de sortie d la même amplitude que le signal d'entrée mais qu'il est de polarité opposée. L'entrée inférieure de l'amplificateur 10 est connectée par l'intermédiaire d'une capacité 14 à l'entrée des signaux et par une résistance variable à la masse. La résistance variable est utilisée pour changer la fréquence de l'oscillateur et elle est constituée d'une résistance fixe 15 et d'un certain nombre par exemple 3,résistances 16, 17 et 16 qui peuvent être mises en parallèle sur la résistance 15 par les transistors individuels 20, 21 et 22. Les collecteurs des transistors sont connectés individuellement à une borne des résistances associées 16a 17 et 18 et les émetteurs sont tous connectés à la masse et les bases sont reliées par l'intermédiaire des commutateurs 24, 25 et 26 à une source de tension. La fréquence inférieure d'oscillation sera déterminée par la résistance 15 seule et en mettant en parallèle une ou plusieurs des résistances 16 à 18 sur la résistance 15 on augmentera la fréquence d'oscillation comme on l'expliquera par la suite. Si on désire une fréquence continuellement variable il est possible d'utiliser une seule résistance variable à la place des résistances 15-18 ou un transistor à effet de champ commandé par une tension variable peut être utilisé comme résistance variable. La seconde partie de l'oscillateur comporte aussi un amplificateur différentiel 30 comme élément actif. Cet amplificateur est le même que l'amplifi cateur 10, et il a une résistance 31 connectée depuis la sortie de l'amplificateur 10 à l'entrée supérieure et une résistance de réaction 32 connectée depuis sa sortie à son entrée supérieure. L'sntrée inférieure est différente de celle de l'amplificateur 10 et comporte une résistance 35 connectée entre son entrée et la sortie de l'amplificateur 10. Une capacité 34 est connectée depuis l'entrée inférieure de l'amplificateur à la masse pour la sortie de l'amplificateur 10. La sortie de l'amplificateur 130 constitue la source de signaux pour l'amplificateur 10 et elle est connectée à la résistance 11 et à la capacité 14. On peut utiliser pour améliorer la stabilité de l'oscillateur deux diodes 40 et 41 polarisées de façon opposée., connectées entre la sortie de l'amplificateur 30 et une borne de la capacité 42 dont l'autre borne est reliée à l'entrée supérieure de l'amplificateur 30. Si on utilise ce circuit le gain en boucle fermée des deux amplificateurs est réglé de façon à être légèrement supérieur à l'unité, ce qui fait que l'amplitude du signal de sortie augmente. Si les diodes 40 et 41 sont des diodes au silicium ou du type ZENER ou autre, elles ne commenceront pas à conduire jusqu'à ce que la tension de sortie atteigne l'amplitude limite et elles agiront comme circuit de réaction pour réduire l'amplitude. La capacité 42 est utilisée pour transmettre la composante alternative du signal uniquement et peut être omise si les diodes 40 et 41 sont appariées de façon appropriée et qu'il n'y a pas de tension continue aux bornes de la résistance 32. En fonctionnement, le signal de sortie, de l'amplificateur 10 aura une composante déphasée de 1800 par rapport au signal d'entrée par l'intermédiaire de la résistance Il et aura une seconde composante égaleau signal sur l'entrée inférieure. Cette seconde composante aura un déphasage variable par rapport au signal d'entrée suivant la fréquence d'oscillation. Comme c'est indiqué par la ligne en trait plein due la figure 2, le déphasage résultant entre la sortie de l'amplificateur 10 et le signal d'entrée à cette section variera de + 1800 pour un signal continu qui ne passe pas dans la capacité 115 passera à + 900 lorsque les impédances de la capacité 14 et de la résistance variable sont égales, jusqu'à Do approximativement aux fréquences supérieures lorsque l'impédance de la capacité 14 est très faible. Le signal d'entrée à l'amplificateur différentiel 10 a une amplitude qui varie en fonction de la fréquence depuis une unité, par l'intermédiaire de la résistance Il à l'entrée supérieure, à deux fois l'amplitude de ce signal par l'intermédiaire de la capacité 14 à l'entrée inférieure.Le changement de phase en sortie est égal à deux fois le changement de phase dans le circuit d'entrée inférieur. En changeant la résistance en commutant la conductance des transistors 20, 21 et 22, le changement de phase relatif par rapport à la fréquence peut être modifié comme c'est indiqué par les lignes pointillées de la figure 2. La figure 3 est un graphique représentant le changement de la phase en fonction de la fréquence de la seconde partie du circuit de l'oscillateur. On doit noter qu-'aux basses fréquences la capacité 34 est inefficace de sorte que les deux entrées sont en phase, et la phase du signal de sortie sera égale à la phase du signal d'entrée. Au fur et à mesure que la fréquence augmente, la phase du signal de sortie commencera à être en retard par rapport à la phase du signal d'entrée jusqu'aux fréquences supérieures où elle sera en retard de 1800. La figure 4 représente un graphique combiné du déphasage en fonction de la fréquence du circuit global, du signal d'entrée à la première section au signal sortie de la seconde section et constitue une combinaison des graphiques des figures 1 et 2. Comme c'est représenté, le déphasage varie entre une avance de phase de 1800 environ pour un signal d'entrée continu à un retard de phase de 1800 environ aux fréquences élevées. Lorsque la sortie est ramenée à l'entrée un tel circuit oscille à la fréquence pour laquelle le déphasage résultant est égal à zéro. Les graphiques en lignes pointillées de la figure 4 indiquent d'autres relations du déphasage en fonction de la fréquence que l'on peut obtenir en mettant en circuit différentes valeurs des résistances parallèles 15 à 18. il est à noter que le déphasage nul de ces courbes se produit à des fréquences différentes indiquant que l'on peut modifier la fréquence de l'oscillateur en changeant la résistance effective depuis l'entrée inférieure de l'amplificateur 10 à la masse. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques essebtielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. R E V E N D I C A T I O N S 1. Oscillateur caractérisé par la combinaison des éléments suivants - une première partie constituée essentiellement par un amplificateur différentiel ayant un gain total voisin de 1 et fournissant. sous l'action d'un signal d'entrée un signal de sortie déphasé d'environ 18DO dans un sens désiré pour un signal d'entrée de fréquence très basse, ledit déphasage décroissant lorsque la fréquence augmente. - une deuxième partie constituée notamment par un amplificateur différentiel ayant un gain voisin de l'unité et ayant des circuits de commande intro duisant un déphasage dans un sens opposé pour les fréquences basses, ledit déphasage augmentant lorsque la fréquence augmente. - des éléments de connexion entre la sortie de chacune des'sus-dites par ties et l'entrée de l'autre de façon à ce que le circuit oscille à une fré quence égale à celle pour laquelle le déphasage avant apporté dans la première partie est égal au déphasage arrière en angle donné par la deuxième partie. 2. Oscillateur conforme à la revendication n01 dans lequel chaque ampli ficateur différentiel possède une paire de circuits d'entrée ayant des effets opposés sur le signal de sortie et dans lequel on trouve pour chaque amplifi cateur différentiel - une liaison de réaction résistive entre la sortie de l'amplificateur différentiel à un premier circuit d'entrée de cet amplificateur, - une liaison résistive entre ledit premier circuit d'entrée et la sortie de l'autre amplificateur différentiel, - une liaison présentant un déphasage fonction de la fréquence entre le second circuit d'entrée et la sortie dudit autre amplificateur différentiel. 3. Oscillateur selon la revendication n02 dans lequel les éléments de connexion introduisant un déphasage, fonction de la fréquence comprennent - pour une des connexions, une capacité connectée entre la sortie de l'amplificateur différentiel et les circuits d'entrée de l'autre amplificateur et avec une résistance placée entre ledit circuit d'entrée et la masse. - pour l'autre connexion une résistance connectée entre la sortie de l'autre amplificateur différentiel et l'autre entrée du premier amplificateur ceci avec une capacité placée entre ladite entrée et la masse. 4. Oscillateur selon la revendication n03 dans lequel on a une pluralité de résistances connectables en parallèle avec la résistance placée entre l'en- trée de l'amplificateur différentiel et la masse, et des moyens pour mettre en service une ou plusieurs des dites résistances, ceci permettant de choisir la fréquence d'oscillation de l'oscillateur.