Brevet FR2053108A1 — publié le 19710416

Ltinvention concerne un montage dwoscillateur dont l'application permet d'obtenir une grande stabi lité de la fréquence, de lDordredelU=9 et lité de la fréquence, de l'ordre de 10-9 et des oscillations indépen- des oscillations indépen- dantes de la tension d'alimentation0 Ces montages trouvent leur domaine d'application dans les appareils et installations pour les mesures exactes de la fréquence ou du temps et pour le réglage d'étalons secondaires de temps ou de fréquence. Dans les dispositifs indiqués, llos- cillateur de base doit posséder de très bonnes caractéristiques. Il doit notamment etre insensible aux variations de la tension d'alimentation, aux oscillations de température, aux variations de l'humidité ambiante, et à d'autres influences défavorables. En ou tre lloscillateur doit être équipé de telle sorte qu'un accord automatique dans la gamme des basses fréquences puLsse être obtenu exactement, de préférence par des moyens électriques ou magnétiques. Il existe une série de montages d'oscillateurs, qui remplissent ces conditions, mais dont le réglage, la mise en oeuvre et l'entretien sont très coilteux, eu égard à la construction compliquée du dispositif0 l'obtention de l'indépendan- ce entre la fréquence et la tension d'alimentation est particulièrement longue et laborieuse, quand on emploie un thermistor comme élément de réglage de l'amplitude des vibrations fournies. Entre, les influences des variations d'humidité s'exercent très défavorablement, quand dans l'oscilla teur sont incorporés des circuits inductifs, notamment enroulés sur des noyaux de ferrite0 Egalement à ce point de vue, il existe des montages dans lesquels aucun circuit inductif n'est utilisé, avec un quartz comme élément de détermination de la fréquence. Mazez dans ces montages, le quartz est habituellement dans le circuit en série du signal donc non mis à la terre des deux cités9= de sorte que le branchement d'une tension continue de polarisation n'est pas simple et en tout cas contribue à l'instabilité de la fréquence de l'oscillateur. l'invention a pour but de supprimer les inconvénients et les insuffisances ciXdessus indiqués, c'est-àdire principalement l'obtention très pénible et très longue de l'indépendance de l'oscillateur de la tension d'alimentation, et les difficultés concernant la stabilité de la fréquence ainsi que de l'amplitude, le réglage du point de fonctionnement du transistor, la neutralisation des influences des variations de la température et des variations de l'humidité sur la fréquence de l'oscillateur. La solution suivant l'invention n'est pas beaucoup plus chère de construction que les montages actuels, cependant elle est beaucoup plus économique en ce qui concerne la mise en oeuvre, le réglage et 1' entretien0 A cet effet, l'invention concerne un montage d'oscillateur avec une stabilité de fréquence élevée, caractérisé en ce qu'il se compose d'un amplificateur de gain au moins égal à 1 avec contrenréaction dans lequel entre l'émetteur de l'élément actif de l'amplificateur et le conducteur commun est branché un circuit de resonnance en série ou un élément électriquement équivalent à celuimci De plus la sortie de l'amplificateur est branchée au moins par l'intermédiaire d'un étage séparateur sur un redresseur, dont la sortie est branchée sur l'élément actif de telle sorte que l'amplitude des oscillations est stabilisée. l'invention concerne un montage d'oscillateur précis dans lequel est appliqué comme équivalent électrique d'un circuit de résonnance en série, entre la cathode ou l'émetteur et le conducteur commun un élément piézoélectrique, lequel est séparé en courant continu du circuit de la cathode ou du circuit de l'émetteur et est relié par l'intermédiaire d'un filtre à une source de tension de polarisation0 Enfin, suivant une autre caractéristique de l'invention, dans l'amplificateur sont appliqués des moyens connus pour la compensation des variations du courant d'émetteur du transistor avec un élément piézoélectrique dans le circuit de l'émetteur. Des modes de réalisation de l'invention sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs sur les dessins ciojoints dans lesquels o la figure 1 représente le montage de principe le plus simple en courant alternatif de l'oscillateur conforme à l'invention avec un élément actif. la figure 2 représente un montage de principe simplifié en courant alternatif d'un oscillateur avec deux éléments actifs. la figure 3 représente un montage de base complet de l'oscillateur avec stabilisation d'amplitude. = la figure 4 représente un schéma de remplacement du circuit de transistor avec un quartz pour l'ob- tention des avantages d'un montage plus compliqué, et enfin - ta figure 5 représente un exemple du montage complet d'un oscillateur suivant l'invention. Dans le sr;héma de principe simplifié en courant alternatif dans la figire I est représenté un amplifia teur non accordé qu possède par exemple comme élément actif le transistor 1 en montage d'émetteur avec la sortie de collecteur 15. Le transformateur 12 forme une contre réaction de la sortie de l'amplificateur à la base du transistor le Entre l'émetteur et le conducteur commun est branché un circuit de résonnance en série 11 composé d'une capacité et d'une self. le s-hema. n'est représenté que pour l-es composantes de courant alternatif. C'est pourquoi les éléments et circuits pour l'alimentation en courant oontinu, la polarisation, la stabilisation du point de fonctionnement et-, ont été supprimés. l'impédance du circuit de resonnance en série 11 fonctionne comme une réaction fonction de la fréquence qui est minimaepour la fréquence de résonnante du circuit 11. À cause de la réactIon positive da transformateur 12, l'amplificateur est mis en vibration à la fréquence à laquelle le circuit présente la gain maximum. Ce montage de base primitif a une série d'inconvénients, comme l'influence de la résonnance propre du transformateur 12, la possibilité que prenne naissance une trop grande amplitude et que de ce fait se développe une distorsion considérable du signal par la nonelinéarité du transistor, la produc- tion de vibrationsen dents de série du type de l'oscillateur de blocage-s etc. Pour un dimensionnement approprié des éléments et circuits de l'amplificateur, par exemple par l'ap plscation d'un circuit -de résonnante en dérivaton, il devient pos- sible de proposer un oscillateur utilisable pour des buts multiples. les propriétés désavantageuses du transformateur 12 peuvent entre supprimées an moyen du montage suivant la fgtjre 2 où la contre réaction est assurée par un autre étage amplificateur. Dans le schéma de principe en cou rant alternatif de la figure 2 les transistors 1 et 2 forment avec les résistances de collecteur 120 et 22 un amplificateur non accor- dé. Le collecteur du transistor 4 est relié de façon conductrice en courant alternatif à la base du transistor 2 et de même le col lecteur du transistor 2 est relié à la base du transistor 1. De ce fait une contre-réaction de l'amplificateur est assurée0 Dans le circuit d'émetteur du transistor 1 est branchée une unité de cristal piézcélectrique 110 qui détermine la fréquence des oscillations produites.Quand la résistance du collerteur 120 possède la valeur Rk et l'impédance du cristal piézoélectrique 110 la valeur ZE, la transmission de la tension de la base du transistor 1 à son collecteur est à peu près A1 @ 9 et à sa valeur maximalepour la fréquence de résonnance du ZE cristal piézcélectrique 110. Le t-anstor 2 est branché comme un amplificateur usuel et soit A2 or gain. Pour l'établissement des vibrations, il suffit de remplir la condition A w A1 A2 = sous réserve que sur aucun des deux transistors 1 et 2 il ne se produise pas de déphasages Quelconques par suite de la dépendance de leurs paramètres vis-à-vis de la fréquence. La condition fondamentale d'une bonne stabilité de la fréquence est qu'il se produise des vibra= tions sinusoïdales sans distorsion, condition qui peut être remplie par une limitation convenable de l'aceroissement d'amplitude. Un exemple de la imitation d'amplitude est représenté en employant les repères concordants de la fi gure 2 et de la figure 3, le schéma de montage étant complète aussi par un cablage complet pour l'alimentation en courant continu. Dans ie eircuit d'émetteur du tran sistor 1 est donc représentée une résistance d'émetteur 111 et dans le circuit de base est représenté un diviseur de stabilisation courant 141 et 142. La résistance du colleoteur est divisée en 121 et 122 et le couplage en haute fréquence est prélevé sur la base du transistor 2 au moyen du condensateur 13 de la dérivation pour la réduction convenable du gain Ai. Sur l'émetteur du transistor 2 est branchée une combinaison usuelle dune résistance 211 et d'un condensateur 212. Le condensateur 23 assure le couplage en courant alternatiff du collecteur du transistor 2 avec la base du transistor 1. La sortie 15 de l'oscillateur est prise directement avec le gain complet sur le collecteur du transistor 1. Sur cette sortie est branché le bloc 3 qui contient des étages de séparation et un redresseur à haute fréquence avec un circuit de correction, et à la sortie duquel est fournie une tension de réglage et qui est amenée par lintermédiaire d'une grande ré sistance à la base du transistor 2 de telle façon que lorsque l'amplitude des vibrations de l'oscillateur croit le gain du transis= tor 2 est réduite De cette façon est réalisée une stabilisation efficace de l'amplitude de la tension de sortie de l'oscillateur.Sous réserve que les étages de séparation dans le bloc 3 possèdent un degré de transmission constant, la tension sur le collecteur du transistor 1 et sur le cristal piézoélectrique 110 est aussi maintenue à un niveau constante Le schéma de remplacement de la figure 4 explique les propriétés du circuit d'oscillation proprement dit, composé du cristal piézoélectrique 110 avec la résistance en série rsf sur laquelle sont branchéesen dérivation la résistance d'émetteur 111 avec la valeur RE, et en série l'impédance Zr de la jonction du seminconducteur du transistor i et la résistance négative fictive /--Z/ que la contre réaction introduit dans le circuit. Comme la valeur de leimpédance Z2 de la jonction du semi-conducteur du transistor 1 est une fonction du courant d'émetteur IE il est absolument nécessaire que ce cou- rant ne soit pas soumis à des variations notamment aux variations de la tension d'alimentation0 Toute variation de la valeur d'un élément quelconque du schéma de remplacement entraine une variation de la fréquence et dans la mesure où des variations de fréquence de l'ordre de 10 9 et plus petites retiennent 1 intéretF il faut supprimer d emblée les causes de ces variations0 Il est donc avan- tageux d'appliquer un moyen connu pour la stabilisation du courant d'émetteur /IE/ du transistor i, par exemple une stabilisation par diode et d'utiliser dans les étages de séparation du bloc 3 (figure 3) des amplificateurs avec gain de tension constant avec un fort contremcouplage. La figure 5 continent enfin un schéma de montage à peine simplifié extrait d'un exemple du cåblage complet d'un oscillateur conforme à l'invention0 Ici aussi la signification des repères des figures précédentes est conservée. La diode 143 et le diviseur d'émetteur formé au moyen de la résistance 10 servent pour la stabilisation du courant d'émetteur du transistor 1. Le cristal piézoélectrique 110 est séparé en courant continu par le condensateur 101 et branché, par l'intermédiaire des filtres 102, 103, 104, 105, au point 106 à une tension de polarisation pour de petites variations de fréquence, ce qui est avantageux pour le réglage automatique de la fréquence. L'accord ultérieur peut entre réalisé aussi par l'autres moyens, par exemple par un condensateur fonction de la fréquence en série avec le cristal. le collecteur du transistor i est relié par l'intermédiaire du condensateur 131 à la base du transistor 31 qui forme un étage de séparation dans la suite du montage drémetteur. La base de ce transistor 31 est avantageusement alimen tdepar le diviseur 310, 311 composé du stabilisateur avec une diode de Zener 4 et la résistance 40, qui fournit la tension de référence pour le détecteur différentiel 32, 33. l'émetteur du transistor 31 est relié à la sortie 15 et par le condensateur 313 est connecté avec le circuit de détection et le circuit de correction du circuit fermé de stabilisation de l'amplitude de l'oscillateur0 Le transistor 32 fonctionne comme détecteur et le transistor 81 forme avec lui un amplificateur différentiel avec base stabilisée auquel est amenée par l'interméoiai- re du diviseur réglable 41, 42, la tension de référence de la diode de Zener 4. La tension de réglage pour la base du transistor 2 est prélevée sur le collecteur du transistor 33 sur la résistance 331 et est filtrée au moyen du système 332, 333 qui forme avec la résistance 331 l'élément de correction du circuit de réglage. Le fonctionnement du montage n'a pas besoin d'entre expliqué à fond car il se déduit clairement de la description des figures précédentes et du montage lui-rneme. Il est bien entendu que pour obtenir une stabilité élevée de la tension et de la fréquence il est absolument nécessaire, comme pour tous les oscillateurs précis, de loger le montage dans une enceinte dont la température est au moins partiellement stabilisée. Au lieu de transistors, il est éga- lement possible d'employer des tubes électroniques ou d'autres éléments actifs amplificateurs, ainsi que des éléments avec une résistance négative, sans sortir du cadre l'invention0 R E V E N D I C A T I O N S 10) Montage d'oscillateur avec une stabilité de fréquence élevée, caractérisé en ce qu'ils e compose d'un amplificateur de gain au moins égal à 1 avec contre réaction dans lequel entre l'émetteur de l'élément actif de l'amplificateur et le conducteur commun est branché un circuit de résonnance en série ou un élément électriquement équivalent à celuiocie 20 Montage d'oscillateur suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur est branchée par l'intermédiaire d'au moins un étage de séparation sur un redresseur dont la sortie est accouplée à l'électrode de commande de l'élément actif de lamplificateur avec une polari té telle qu'il stabilise l'amplitude des vibrations, 3 ) Montage d'un oscillateur saio vant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'équivalent électrique,du circuit de résonnance en série est un élément piézoélectrique. 40) Montage d'oscillateur suivant la revendication 3 caractérisé en ce que, dans le circuit de ltélé- ment piézoélectrique, sont disposés des moyens connus pour la variation de la fréquence de résonnance par la variation de la tension continue appliquée. 502 Montage d'onscillateur suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que des moyens connus pour la compensation des variations du courant d'émetteur du transistor sont appliqués avec l'élément piézoélec trique sur la ligne d'émetteur de l'amplificateur.