Brevet FR2064316A1 — publié le 19710723

La présente invention se rapporte à un oscillateur RC à ondes sinuso#dales, à fréquence variable. Pour faire varier la fréquence de tels oscillateurs, on fait jusqu'ici toujours en sorte qu'au moins un, mais de préférence deux éléments déterminant la fréquence soient variables ou commutables. Un réglage de fréquence à commande électrique, par des éléments de réglage variable en continu (résistances ou condensateurs), est généralement peu précis en fréquence, et un réglage de fréquence par commutation d'éléments de commutation ne permet que le réglage d'un nombre limité de fréquences, un couple de résistances ou de condensateurs, et un couple de commutateurs ou de contacts étant généralement prévus pour cha- que fréquence à régler. La présente invention permet, par contre de procéder à un réglage continu de la fréquence, au moyen d'un commutateur uni ou bipolaire. L'oscillateur conforme à l'invention est caractérisé par au moins un commutateur électronique pour la commutation, entre deux valeurs, d'au moins une résistance déterminant la fréquence, cela avec une fréquence de commutation élevée par rapport à la fréquence de l'oscillateur, et avec un rapport-cyclique réglable0 Le commutateur électronique est,.de préférence, un commutateur à semi-conducteur qui peut être formé par un transistor à effet ' de champ ou par un commutateur à transistor dont la jonction base-émetteur est commandée en courant par une source de commande de commutation, de telle manière que-lors de la commutation du courant de commande, il ne se produise pas de variation de potentiel à l'émetteur du transistor de commutation, Pour la description plus détaillée de l'ob- jet de l'invention, on va se référer au dessin annexé qui représente plusieurs exemples de réalisation non limitatifs de-l'os- cillateur RC à ondes sinusoedales conforme à l'invention ; sur ce dessin la f-igure 1 représente un montage connu d'un oscillateur RC à ondes sinuso#dales, à pont de Wien ; la figure 2 est un diagramme montrant la tension de l'oscillateur la figure 3 représente un commutateur électronique unipolaire pour, la commutation de la fréquence la figure 4 représente un autre commutateur électronique unipolaire pour la commutation de la fréquence La figure 1 représente, à titre d'exemple dtun oscillateur RC à ondes sinusoTdales, un montage connu avec un amplificateur 1 qui produit une amplification sans déphasage des tensions dVentréeO Ainsi, la tension de sortie est en phase avec la différence des tensions d'entrée appliquée aux entrées référencées'+ et - . Cette dernière entrée est reliée à un diviseur de tension monté entre la sortie 2 de l'amplificateur et le potentiel de référence zéro et formé par deux résistances D et 4o L'entrée référencée + est reliée à la prise dvun diviseur de tension qui peut être commuté par un commutateur bipolaire 5, 6e Lorsque le commutateur est ouvert, l'uoe- des branches du diviseur de tension est formée par le condensateur 7 et la résistance 8 en série, l'autre branche par le condensateur 9 et la résistance 10 en parallèle.Ce diviseur de tension ne donne une division de tension en phase que pour une fréquence fl 0 L'oscillateur oscille à cette fréquence. Enfermant le commutateur 5,6, on monte la résistance 11 en parallèle avec la résistance 8 et la résistance 12-en parallèle avec la résistance 10, ce qui fait que la division de tension en phase se produit pour une autre fréquence f2 plus élevée et que l'oscillateur se trouve ainsi commuté sur cette autre fréquence0 La commutation des résistances ne provoque pas de sauts de phase, ce qui fait que lors de la commutation, la tension de sortie passe directement d'une courbe si nusoidale d'une fréquence à une courbe sinusoTdale de l'autre fréquence, En cas de commutation périodique, la fréquence moyenne f r de la tension de sortie est fonction des durées de branchement tret t2 des deux fréquences0 En mettant tl + t2 = T on obtient c'est-à-dire que ir est une fonction linéaire de t2 Dans le cas ou la commutation a lieu à une fréquence qui est élevée par rapport à fl et 92 (figure 2), la tension de fréquence fr peut titre obtenue pure par un filtre passe base Le rapport t2/T est appelé rapport cyclique. Pour le commutateur 5, il faut utiliser un commutateur qui travaille sans potentiel à l'état ouvert et à l'état fermé, c'est-à-dire qui ne provoque pas de réaction de la part du circuit de commande sur le circuit de commutation. Pour un tel commutateur, on peut utiliser un transistor à effet de champ, mais ce dernier présente toutefois une résistance de passage relativement élevée0 Pour un commutateur à résistance de passage plus faible, on peut utiliser Un transistor selon la figure 3. Sur cette figure, la référence 20 désigne un transistor de commutation dont le collecteur et l'émetteur sont brancnés-awec les bornes 21 et 22, à la place du commutateur 5 de la figure 1. Ce transistor est commuté de l'état bloqué à l'état passant et inversement par un circuit de commande comprenant deux transistors 23 et 24. Le base du transistor 20 est reliée au collecteur du transistor 23 en passant par une résistance 25. La base et l'émetteur duftransistor 20 sont reliés l'une l'autre en passant par une diode 27 polarisée en opposition à la jonction base-émetteur0 Les références 28 et 29 désignent des résistances de collecteur des transistors 23,24. Dans le cas des transistors ayant les polarités représentées (PNP) les émetteurs des transistors 23 et 24 sont reliés au pôle positif et les résistances de collecteur au pôle négatif de la source de tension, La base du transistor 24 est reliée par la résistance 35 au collecteur du transistor 23, ce qui fait que le transistor 24 est b-loqué lorsque le transistor 23 est passant et inversement. La tension de commande est appliquée à-la base du transistor 23. Lorsque cette tension de commande est égale à la tension du p81e positif de la source de tension, ou plus positive, le transistor 23 est bloqué, le transistor 24 passant, la borne 30 se trouve au potentiel négatif, la borne 31 au potentiel positif, la diode 27 est passante et le transistor 20 est bloqué. Dans le cas oh la tension appliquée à la base du transistor 23 est suffisamment plus négative que la tension d'alimentation positive, les transistors 23 et 20 sont passants, le transistor 24 et la diode 27 sont bloqués. Dans le cas oh la borne 22 se trouve en moyenne à peu près à un potentiel de référence et oh ce potentiel de référence se trouve au milieu entre la tension d'alimentation positive et la tension d'alimentation négative, les résistances .25 et 26 sont à peu près égales et en lesaccordant, on peut faire en sorte qu'il ne se produise pas de variation de ten- sion à la borne 22 en cas de changement de l'état de commu- tation. Cet accord peut autre réalisé d'autant plus facilement que le rapport des resistanoes 25 et 26 et des résistances dans le circuit électrique commuté par le transistor 20 est élevé. Dans le cas où ce rapport est très élevé, on se trouve en pré8 sence d'une commande de courant pure et la réaction du circuit de commande sur le circuit de commutation disparate. Le transistor 20 peut non seulement commuter un courant continu circulant de la borne 21 à la borne 22 mais également un courant alternatif Toutefois, dans le cas o la tension appliquée au collecteur (borne 21) devient plus négative d'environ -1,4 V que l'émetteur (borne 22), un courant commence de circuler de la borne 22 par la diode 27 et la jonction base-collecteur du transistor 20 vers la borne 21, mEme si une tension de blocage est appliquée à la jonction base-émetteurO Pour pouvoir bloquer également des tensions alternatives plus élevées, on monte, selon la figure 4, dans le conducteur de base du transistor 20, la jonction collecteurémetteur d'un second transistor 32 dont la base est reliée au point médian d'un diviseur de tension composé des résistances 33 et 349 ce diviseur de tension étant relié, d'une part, à la borne 30, et,dsautre part, à la borne 22.Les parties restantes de la figure 3 sont identiques à celles de la figure 2* Ce circuit est relié par les bornes 30 et 31 au circuit de commande de la figure 2 qui, sur cette figure, se trouve à la gauche de ces bornes, Dans le cas où la borne 30 est positive et la borne 31 négative, la base du transistor 32 devient plus positive que la borne 22 , en passant par le diviseur de tension 33 342 et un courant circule de la borne 50 par la résistance 25 et le transisto 32 vers la base du transistor 20, puis de l'émetteur de ce transistor par la résistance 26 vers la borne 310 Ainsi le transistor est Passant, Dans le cas ou' la borne 31 est positive et la borne 30 négative, un courant circule par la résistance 26, la diote 27 et la résistance 25. La base du transistor 32 est plus négative que la borne 22, donc également plus négative que le collecteur du transistor 32, et ce dernier est ainsi bloqué. Tes transistors 32 et 20 ne deviennent passants que si la borne 21 devient plus négative que la base du transistor 32, cBest-à-dire en cas d'application d'une tension beaucoup plus négative que dans le circuit selon la figure 20 Pour l'autre commutateur 6 de la figure 1, il suffit d'utiliser un commutateur électronique de construction plus simple, car ce dernier peut être relié avec un pôle au potentiel de référence, Le réglage de fréquence décrit par commutation rapide peut être utilisés non seulement pour des générateurs à pont de Wien suivant la figure 1, mais également pour d'autres générateurs RC, par exemple pour un générateur RC suivant la demande de brevet suisse n0 8252/68 de la demanderesse, générateur dans lequel une seule résistance est commutée (le cas échéant entre les valeurs 0 et CO ), ou pour un circuit avec plusieurs éléments déphaseurs, dans lequel la commutation s'étend sur deux ou plus de deux résistances. Le rapport des durées d'établissement des deux états de commutation des commutateurs 5 et 6 peut être variable de façon continue ou discontinue. Dans ce dernier cas, il est possible d'obtenir un réglage particulièrement précis. Les moyens de commande pour un réglage discontinu du rapport des durées d'établissement des deux états de commutation se composent d'un générateur d'impulsions fournissant un train d'impulsions dont -la fréquence est un multiple de la fréquence de commutation et d'un diviseur de fréquence numérique à circuits de porte pour la production d'au moins une train d'impulsions pour la commande des commutateurs. Les durées d'établissement des deux positions de commutation sont chacune un multiple d'une période du générateur d'impulsions. L'oscillateur RC décrit peut être utilisé en particulier pour transformer un train d'impulsions rectangulaires, à rapport cyclique variable, en une tension sinu so#dale dont la fréquence est faible par rapport à la fréquence du train d'impulsions et est variable linéairement avec le rapport cyclique;; le commutateur électronique étant commandé par le train d'impulsions0 Comme déjà décrit précédemmenti la fotleiUion linéaire entre la fréquence de l'oscillateur et le rapport cyn clique est ainsi établie, Ce train d'impulsions rectangulaires peut autre produit à partir de deux trains d'impulsions de aeme fré quence, les impt#lsions de l'un des trains définissant le début et les impulsions de l'autre train la fin des impulsions du train d'impulsions rectangulaires. Ainsi, la fréquence de l'oe- cillateur est une fonction linéaire du déphasage des deux trains d'impulsions0 L'instant du début et/ou de la fin de chaque impulsion dugtrain d'impulsions rectangulaires peut également être défini par les passages par zéro d'une tension alternative. Finalement, on peut également faire en sorte que le rapport cyclique du train d'impulsions rectangulaires et donc la fréquence de l'oscillateur soient une fonction linéaire dune grandeur mesurée, cela par le fait que la grandeur mesurée est transformée en une tension proportionnelle à cette grandeur et ensuite, par un procédé de modulation en durée d'impulsions, en un train d'impulsions rectangulaires à rapport. cyclique variable, R E V E N D I C A T I O N S 1. Oscillateur RC à ondes sinusoidales à fréquence variable, caractérisé par au moins un commutateur élec- tronique pour la commutation périodique, entre deux valeurs, d'au moins une résistance déterminant la fréquence, cela avec une fréquence de commutation élevée par rapport à la fréquence de ltoscillateur et avec un rapport cyclique réglable. 2. Oscillateur RC à ondes sînusoTdales suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le commutateur électronique est formé par un transistor à effet de champ, 3. Oscillateur RC à ondes sinusoidales suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la jonction de commande du commutateur électronique est formée par la jonction émetteur-collecteur d'un transistor de commutation dont la jonction base-émetteur est commandée en courant par une source de commande de commutation, de telle manière que la commutation du courant de commande ne provoque pas de variation de potentiel à l'émetteur du transistor de commutation. 4. Oscillateur RC à ondes sinusordalea suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la base du transistor de commutation est reliée à l'émetteur d'un transistor de commande à mame succession de polarités dont la jonction collecteur-émetteur se trouve pour le courant de commande en série avec la jonction base-émetteur du transistor de commutation, que la base du transistor de commande est reliée à la prise d'un diviseur de tension branché sur la source de courant de commande et sur l'émetteur du transistor de commutation, et que le montage en série de la jonction collecteur-émetteur du transistor de commande et de la jonction base-émetteur du transistor de commutation est shunté par une diode de polarité opposée à celle de la jonction base-émetteur du transistor de commutation. 5-. Oscillateur RC à ondes sinusoïdales suivant la revendication 1, caractérisé par des moyens pour predutre un train d'impulsions rectangulaires à rapport cyclique réglable, ce train d'impulsions commandant le commutateur eiectronigu@O 6. Oscillateur RO à ondes sinusotiales sui vant la revendication 5, caractérisé par le fait que 1@9 moyenS pour produire le train d'impulsions rectangulaires se aompo$ent d'-un générateur d'impulsions fournissant un train d'impulsions avec une fréquence qui est un multiple de la fréquence de commutation, daun diviseur de tension numérique pour la formation de trains d'impulsions dont la fréquence correspond à la frd- quence de commutation et de circuits de porte pour le réglage de la durée d'impulsions, en des sauts correspondant à au moins un intervalle des impulsions du générateur d'impulsions. 7. Utilisation de l'oscillateur RO à ondes sinusoTdales suivant la revendication i pour la transformation d'un train d'impulsions rectangulaires à rapport cyclique variable, en une tension sinuso#dale dont la fréquence est inférieure à la fréquence du train d'impulsions et est une fonction linéaire du rapport cyclique, caractérisée par le fait que le commutateur électronique mentionné est commandé par le train d'impulsions rectangulaires. 8. Utilisation de l'oscillateur RC à ondes sinusordales suivant la revendication 7 pour la transformation de phase de deux trains d'impulsions périodiques de meme fréquence, en une fréquence faible par rapport à la fréquence des trains d'impulsions, laquelle fréquence est une fonction linéaire de la différence de phase, caractérisée par des moyens pour produire le train d'impulsions rectangulaires, de telle manière que le début et la fin de chaque impulsion rectangulaire oolnci- de avec une impulsion du premier et du second trains d'impulsions périodiques0 90 Utilisation de l'oscillateur RC à ondes sinuso#dales suivant la revendication 7, caractérisée ,par le fait que le début et/ou la fin des impulsions rectangulaires sont définis par les passages par zéro d'une tension alternative. 100 Utilisation d'un oscillateur RC à ondes sinusoTdales suivant la revendication 7 pour produire une tension sinUsoSdale dont la fréquence est une fonction linéaire d'une grandeur mesurée, caractérisée par des moyens pour produire le train d'impulsions rectangulaires avec un rapport cyclique qui est une fonction linéaire de la grandeur mesurée.