Brevet FR2098427A1 — publié le 19720310

i La présente invention concerne un circuit oscillateur à cristal, intégrable, monolithique, dans lequel le cristal piézoélectrique est relié aux émetteurs de deux transistors du même type de conductivité, dont les bases et les collecteurs sont interconnectés directement de manière croisée, et dans lequel chacun des deux tran-5 sistors présente une résistance de collecteur et une résistance d'émetteur. Dans l'article de C.RINT "Handbuch ftir Hochfrequenz und Elecktrotechniker", vol. 2, Berlin 1953 P 180, un circuit oscillateur à cristal, utilisant un quartz comme cristal piézoélectrique, est illustré sur la figure 32b qui contient deux tubes triodes, le quartz interconnectant les cathodes des deux tubes. Les grilles et 10 les plaques des deux tubes sont interconnectées de manière croisée ; une résistance de charge de plaque et une résistance de cathode sont prévues pour chaque tube. Dana l'article ci-dessus référencé, ce circuit est réalisé comme un circuit série, ce qui signifie que le quartz oscille à une fréquence qui correspond à la fréquence de résonnance série, dérivée du circuit électrique équivalent d'un quartz. Ce cir-15 cuit destiné à des tubes peut également être réalisé à l'aide de transistors, auquel cas le circuit peut être étudié . de telle sorte qu'une intégration monolithique soit possible. Si un circuit oscillateur à cristal doit être intégré monolithiquement, les quatre résistances contenues dans le circuit gênent l'intégration, car elles 20 nécessitent une partie considérable de la surface du cristal, par suite de leur résistance élevée. Si un tel circuit oscillateur doit être réalisé également d'un point de vue consommation de courant aussi faible que possible, comme cela est nécessaire dans certaines applications, cette exigence pour une tension de fonctionnement donnée, peut seulement être satisfaite en rendant les résistances 25 de collecteur et d'émetteur aussi hautement résistives que possible. Dans ce cas, la résistance requise, et, en conséquence, la zone requise augmentait encore. Il est, en conséquence, souhaitable que si le circuit oscillateur à cristal indiqué ci-dessus doit être intégré monolithiquement, le nombre de résistances requises soit considérablement réduit. 50 La présente invention a, en conséquence, pour objet de réaliser le circuit oscillateur à cristal indiqué ci-dessus, de telle sorte que la résistance nécessaire soit considérablement réduite. Selon l'invention, le circuit oscillateur à cristal est caractérisé en ce que : 55 - chacune des résistances de collecteur est constituée par un transistor complémentaire des transistors de l'oscillateur, dont l'émetteur est relié à la source de tension d'alimentation et dont le trajet collecteur-base est monté en parallèle à celui du transistor associé de l'oscillateur ; - chacune des résistances d'émetteur est constituée par un transistor du même type 40 de conductivité que celui des transistors de l'oscillateur, dont l'émetteur est 71 25878 2098427 2 relié à la terre, dont le collecteur est relié à l'émetteur du transistor associé de l'oscillateur, et dont la base est reliée à une source de tension constante commune aux deux transistors. La source de tension constante peut, de manière appropriée, être une diode, 5 par exemple une diode zener, qui est reliée par l'intermédiaire d'une résistance série à la source de tension d'alimentation. Si cette source de tension constante doit être intégrée monolithiquement avec le circuit oscillateur à cristal, il est particulièrement avantageux que la diode soit réalisée en reliant à la terre l'émetteur d'un transistor, qui présente le 10 même type de conductivité que les transistors de l'oscillateur, tandis que sa base et son collecteur sont interconnectés. Dans un exemple de réalisation avantageux de la présente invention, la base d'un premier transistor additionnel qui est du même type de conductivité que les transistors de l'oscillateur, peut être reliée à la sortie du circuit oscillateur 15 à cristal, le collecteur du transistor additionnel étant relié & la source de tension d'alimentation et l'émetteur étant relié au collecteur d'un second transistor additionnel, qui est également de même type de conductivité que le transistor de l'oscillateur. L'émetteur du second transistor additionnel est relié à la terre, tandis que la base est reliée à la source de tension constante. 20 D'autres caractéristiques de l'invention ressortiront de la description dé taillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne sont donnés qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention. La figure 2 représente un exemple de réalisation avantageux du circuit de la 25 figure 1. Le circuit représenté sur la figure 1 comporte deux transistors T1 et T2 qui sont appelés, ci-après, "transistors d'oscillateur". Leur base et leur collecteur sont interconnectés de manière croisée, c'est-à-dire que la base du transistor T1 est reliée au collecteur du transistor T2, tandis que la base du transistor T2 30 est reliée au collecteur du transistor Tl. Ifti cristal piézoélectrique S, qui habituellement est un quartz oscillant à la fréquence souhaitée de l'oscillateur, est relié par l'intermédiaire de chacune de ses deux bornes extérieures, respectivement, aux émetteurs des transistors d'oscillateur. Le trajet collecteur-émetteur correspondant des transistors T5 et T6 55 est monté entre l'émetteur correspondant des transistors d'oscillateur et la terre, leurs émetteurs étant reliés à la terre. Les transistors T5 et T6 sont du même type de conductivité que les transistors d'oscillateur. Les bases des deux transistors T5 et T6 sont reliées l'une à l'autre et à la source Uc de tension constante. Entre le collecteur du transistor d'oscillateur correspondant et la source de 40 tension d'alimentation U, le trajet correspondant collecteur-émetteur des transis 71 25878 2098427 3 tors complémentaires T3 et T4 est relié de telle sorte çue leurs émetteurs sont reliés à la source de tension d'alimentation et que leurs trajets base-collecteur sont montés en parallèle à celui des transistors d'oscillateur. La tension alternative de sortie a peut être prélevée sur les collecteurs in--, terconnectés des transistors Tl, f3 ou bien T2, T4. Un exemple de réalisation avantageux du circuit de la figure 1 est représenté sur la figure 2. Dans cet exemple, la tension alternative de sortie u est appliquée à la base d'un premier transistor additionnel T7, dont le collecteur est relié à la source de tension d'alimentation, et dont l'émetteur est relié au collecteur 10 d'un second transistor additionnel T8. L'émetteur du second transistor additionnel T8 est relié à la terre, tandis que la base de ce transistor est reliée à la source Uc de tension constante. Les deux transistors additionnels T7 et T8 sont du même type de conductivité que les transistors d'oscillateur. Comme cela a déjà été mentionné, la source Uc de tension constante peut être 15 une diode à laquelle la tension d'alimentation est appliquée par l'intermédiaire de la résistance série R. Cette source de tension constante est également incluse de manière appropriée dans le circuit intégré monolithique. Dans ce cas, la diode peut être constituée par un autre transistor T9 dont l'émetteur est relié à la terre, tandis que la base et le collecteur sont reliés l'un à l'autre et à la 20 résistance série R. Le circuit de la figure 1, à la différence du circuit oscillateur à cristal transistorisé indiqué ci-dessus, basé sur le circuit à tube bien connu, ne contient pas de résistance. Ainsi, dans le cas d'intégration monolithique, des zones de cristal importantes sont sauvées et peuvent être utilisées pour tous autres 25 étages du circuit. D'autre part, la réalisation intégrée du circuit de la figure 2 contient seulement la résistance R, de telle sorte que la zone de résistance requise est réduite environ au quart de celle du circuit indiqué ci-dessus. Le circuit selon l'invention présente l'avantage supplémentaire de ne pas contenir de condensateur, ce qui, dans le cas d'intégration monolithique, nécessiterait 30 également de grandes zones de cristal. Le circuit oscillateur à cristal, selon l'invention, peut être utilisé, par exemple, comme étage de formation et de commande d'une chaîne de diviseurs de fréquence. Dans ce cas, la chaîne de diviseurs de fréquence peut également être intégrée monolithiquement. 35 Le circuit oscillateur à cristal, selon l'invention, peut également être utilisé avec de faibles tension et courant de fonctionnement, de telle sorte qu'il peut être utilisé comme étage générateur d'horloge, commandé par quartz. Toutefois, il est évident que le circuit oscillateur à cristal selon l'invention, est approprié pour toutes les applications dans lesquelles une grande stabilité de 40 fréquence de ces circuits est requise, par exemple dans les générateurs de signaux 25878 4 2098427 les fréquencemètres, etc. Finalement, on doit mentionner que dans l'exemple considéré, l'"intégration monolithique" ne signifie pas que le cristal piézoélectrique doit être inclus dans le circuit à l'état solide semiconducteur monolithique . L'expression "intégration monolithique" concerne plutôt, bien entendu, les dispositifs semiconducteurs montés dans le circuit qui peut être accommodé dans un simple cristal semiconducteur par des techniques bien connues. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec ion exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. 71 25878 5 2098427 REVENDIC A T I 0 M S 1. Circuit d'oscillateur à cristal comportant un circuit intégrable monolithique, le circuit monolithique comportant en outre : des premier et second transis-tore d'oscillateur, de même type de conductivité, la base du premier transistor 5 étant reliée au collecteur du second transistor, et la base du second transistor étant reliée au collecteur du premier transistor, chacun des premier et second transistor ayant une première et seconde résistances de collecteur correspondantes, et une première et seconde résistances d'émetteur correspondantes:, un cristal piézoélectrique étant monté entre l'émetteur correspondant de chacun des premier et 10 second transistors, une source de tension d'alimentation étant reliée à la résistance de collecteur correspondante de chacun des premier et second transistors, le circuit comprenant également une source de tension constante et étant caractérisé en ce que : - les première et seconde résistances de collecteur sont fonnées par des premier et 15 second transistors complémentaires correspondants j - l'émetteur de chacun des premier et second transistors complémentaires est relié à la source de tension d'alimentation j - la base du premier transistor complémentaire est reliée à la base du premier transistor d'oscillateur, tandis que la base du second transistor complémentaire 20 est reliée à la base du second transistor d'oscillateur; - le collecteur du premier transistor complémentaire est relié au collecteur du premier transistor d'oscillateur, tandis que le collecteur du second transistor complémentaire est relié au collecteur du premier transistor d'oscillateur j - les première et seconde résistances d'émetteur sont formées par des troisième 25 et quatrième transistors correspondants, de même type de conductivité que celui des premier et second transistors d'oscillateur : - le collecteur du troisième transistor est relié à l'émetteur du premier transistor d'oscillateur tandis que le collecteur du quatrième transistor est relié à l'émetteur du second transistor d'oscillateur ; 30 - les émetteurs des troisième et quatrième transistors sont reliés à la terre du circuit ; - les bases des troisième et quatrième transistors sent reliées à la source de tension constante . 2. Circuit oscillateur à cristal selon la revendication 1, caractérisé en 35 ce qu'il comporte en outre des cinquième et sixièmes transi-tors du même type de conductivité que les premier et second transistors d'oscillateur, le collecteur du cinquième transistor étant relié à la source de tension d'alimentation, la base du cinquième transistor étant reliée au collecteur du second transistor d'oscillateur, l'émetteur du cinquième transistor étant relié au collecteur du sixième C transistor, l'émetteur du sixième transistor étant relié à la terre du circuit et la base du sixième transistor étant reliée à la source de tension constante. 71 25878 2098427 6 5. Circuit oscillateur à cristal, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de tension constante comporte une diode et une résistance, une borne de la résistance étant reliée à la source de tension d'alimentation, l'autre borne de la résistance étant reliée à l'anode de la diode, la cathode de la diode 5 étant reliée à la terre du circuit, à la suite de quoi la tension à travers la diode représente la source de tension constante. 4. Circuit oscillateur à cristal, selon la revendication 3» caractérisé en ce que la diode est formée par un septième transistor, du même type de conductivité que les premier et second transistors d'oscillateur, l'émetteur du septième 10 transistor étant relié à la terre du circuit, la base et le collecteur du septième transistor étant Interconnectés.