Brevet FR2102161A1 — publié le 19720407

L'invention concerne un oscillateur, de préférence un oscillateur à haute fréquence, comportant un transistor-oscillateur et un circuit de couplage à réaction. L'invention a pour tut de créer un oscillateur à transistors, de préférence un oscillateur à haute fréquence, qui peut etre fabriqué très largement suivant la technique des circuits intégrés, notamment en utilisant des circuits universels usuels dans le commerce; Ce problème est résolu conformément à l'in- vention à laide d'un oscillateur comportant un transistor oscillateur et un circuit de couplage à réaction grâce au fait qu'un transistor amplificateur est raccordé galvaniquement à l'émetteur du transistor-oscillateur et au collecteur d'un transistor de réglage du courant continu. Un réglage en amplitude sans distorsion de l'étage oscillateur est ainsi rendu possible de façon simple de telle manière qu'un mode de fonctionnement quasi linéaire peut être obtenu et que d'autres dispositifs sélectifs pour l'obtention d'un signal de sortie sinusoldal, excepté les éléments de détermination de la fréquence, sont inutiles. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré sohématiquément au dessin annexé plusieurs formes de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 montre un premier exemple de réalisation. La figure 2 montre une variante de exemple de la figure 1. La figure 3 montre un second exemple de réalisation. La figure 1 montre un oscillateur commandé par quartz, comportant un transistor-oscillateur 1, un amplificateur séparateur à trois étages comportant les transistors 7, 14 et 17, ainsi que deux transistors 9 et 20 utilisés pour le réglage. Le circuit oscillant est un montage capacitif Hartley du type montage autoexcitateur Colpitts. Il comport#e le transistor-oscillateur 1, dont le collecteur est relié à la borne de potentiel positif (+), mise à la masse, de la tension d'alimentation et se trouve donc au potentiel nul en courant alternatif. Le circuit de couplage à réaction comporte le montage série formé par le quartz-oscillateur 2 et un condensateur de réglage, qui est -constitué par un montage en parallèle d'un condensateur fixe 3 d'un condensateur réglable 4. En parallèle avec ce montage série est disposé un diviseur de tension capacitif constitué par les condensateurs 5 et 6 et à la prise duquel est raccordé l'émetteur du transistor - oscillateur 1. L'une des bornes (condensateur 5) du diviseur de tension capacitif est relié au quartz oscillateur 2 ainsi qu'à la base du transistor 1 tandis que autre borne (condensateur 6) du diviseur de tension est relié à la capacité de réglage et à la masse (potentiel nul en courant alternatif). Le condensateur réglable 4 est dont également mis à la masse par'une de ses armatures. Le montage série du quartz 2 et du condensateur de réglage 3, 4 agit comme une réactance inductive qui forme un circuit résonant avec les condensateurs 5 et 6. Pour accoupler la tension de l'oscillateur, on utilise le circuit collecteur-base du transistor amplificateur 7, dont la base est reliée directement à émetteur du transistor-oscillateur 1. De plus cet émetteur du transistor 1 est raccordé par l'intermédiaire de la résistance ohmique de protection 8 au collecteur du transistor 9 de réglage du courant continu, qui est branché de façon à servir de source de courant réglable. Etant donné que tous les transistors sont du type npn, la borne de potentiel d'alimentation située du côté du collecteur et reliée à la masse est positive. Le potentiel négatif alimentant l'émetteur du transistor 9 est stabilisé et filtré par une résistance de filtrage montée en série,-#t par une diode Zéner et un condensateur de filtrage monté en dérivation. La tension continue de la base du transistor oscillateur 1- est déterminée par le branchement de cette base sur la prise'd'un diviseur ohmique de tension 10,- 11. Ce dernier est constitué par deux résistances ohmiques 10 et il et est branché entre la borne du potentiel d'alimentation négatif stabilisé et le pôle positif mis à la masse.Le réglage de l'am plification du transistor 1 s'effectue en modifiant le courant d'émetteur, amené par l'intermédiaire du transistor 9 de réglage du courant continu, et donc en modifiant la pente du transistor 1.* La tension d'émetteur de ce dernier varie de façon insigni fiante, seulement de quelques mV,étant donné que le potentiel de la base est maintenu constant par le diviseur de tension 10, 11. C'est pourquoi la tension entre l'émetteur du transistor 1 et la masse reste pratiquement constante sur toute la plage de réglage de sorte que le point de fonctionnement de l'amplificateur séparateur raccordé galvaniquement, qui est constitué par les transistors 7, 14 et 17 reliés galvaniquement entre eux, reste pratiquement inchangé sur toute la plage de réglage. Le premier transistor amplificateur 7 à montage collecteur-base est raccordé, côté émetteur, à la base du transistor suivant 14 et, par l'intermédiaire de la résistance d'émetteur 13, à la borne de potentiel négatif stabilisé, Le second transistor amplificateur 14 monté en émetteur commun est connecté côté collecteur, à la base du transistor terminal 17 et, par l'intermfÇdiaire d'une résistance de charge, à la borne de potentiel positif. L'émetteur du transistor 14 est relié par une résistance d'éetteur 26 à la borne du potentiel négatif stabilisé. Pour des raisons de stabilité du point de fonctionnement, l'amplification de tension continue de l'amplificateurseparateur entier est choisie inférieure à 1.Cependant l'amplification de tension alternative est supérieure car la résistance d'émetteur 26 du transistor 14 est court-circuitée en alimentation par courant alternatif par un circuitsérie RC 15, 16 relié à la masse. Le transistor terminal 17 à montage collecteur-base est mis à la masse du côté du collecteur et est relié, côté émetteur, à la borne de potentiel négatif stabilisé,par une résistance d'émetteur. Le signal de sortie est délivré par l'émetteur du transistor 17 par l'intermédiaire d'une résistance de découplage 18 et d'un condensateur séparateur, à la sortie 27. Pour produire la tension de réglage, la base du transistor redresseur 20 est accoupiéé à l'émetteur du transistor terminal 17 par le condensateur 19. Une charge indésirable du condensateur 19 par le courant redressé de base du transistor 20 est empêchée par la diode 21 située entre la base et l'émetteur du transistor 20. L'émetteur du transistor 20 et la diode 21 sont placés au potentiel négatif d'alimentation stabilisé. La base du transistor 9 de réglage du courant continu est raccordée galvaniquement par la résistance 25 au collecteur du transistor redresseur 20. La borne de potentiel positif est reliée au collecteur du transistor 20 par la résistance ohmique 22 mise à la masse par une de ses extrémités.Les condensateurs 23 et 24, qui relient respectivement le collecteur du transitor 20 et la base du transistor 9 à la borne de potentiel négatif stabilisé et donc à la borne de potentiel nul du courant alternatif, coopérent avec la résistance ohmique 25 Wour filtrer dans la tension de réglage les résidus de haute fréquence. Lors de l'entrée en oscillation de l'éta- ge oscillateur, le transistor 9 est rendu conducteur par l'intermédiaire des résistances 22 et 15. Le transistor- oscillateur 1 travaille au point d'amplifacation maximum avec le courant maximal possible d'émetteur, limité par la résistance de limitation 8.Si l'amplitude de la tension alternative d'alimentation atteint sur l'émetteur du transistor final 17 la valeur de la tension de seuil de la diode formée par le circuit émetteur-base du transistor redresseur 20, ce dernier devient conducteur et réduit ainsi le courant de base du transistor 9 de réglage du courant continu, envoyé par la résistance 22. Le courant de collecteur du transistor 9, qui constitue une source commandée de courant continu, décroît jusqu'à ce que ltampli- fication du transistor 9 nécessaire pour le fonctionnement stationnaire soit atteinte. L'amplification de réglage est relativement élevée en raison de ltamplification de l'écart de réglage par les transistors 20 et 9. La partie du montage entourée en pointillé est prévue pour être montée dans un thermostat. Etant donné que le transistor redresseur 20 se trouve également à l'intérieur du thermostat, la dépendance en température de la tension de seuil de la diode émetteur base de ce transistor reste sans ef fèt de sorte que la tension de segil du transistor redresseur 20 représente une grandeur de rtfférence constante pour le circuit de réglage. La figure 2 montre une variante de montage de l'étage oscillateur, qui peut être utilisé dans le dispositif de la figure 1. Dans cette variante de réalisation, un condensateur 12 formant filtre passe-haut est monté entre la prise du diviseur de tension capacitif 4, 5 de 11 émetteur du transistor d'oscillation 1.'Normalement, des oscillateurs à quartz sont actionnés dansle montage Hartley apériodique à la fréquence fondamentale de la résonance vibratwiw transversale (ou d'épa}' seur).Il se présente parfois le danger de l'excitation d'oscillations à la fréquence la plus basse de la résonance vibratoire superficielle du quartz Dans un montage Colpitts idéal il est possible de déduire que la pente de croissance nécessaire augmente avec le produit CJ) eRs (# = fréquence angulaire, R =résistan s ce de résonance série). Cela signifie que pour des résonances au-dessous de la fréquence désirée, la résistance de résonance série doit être supérieure au moins du facteur f0 2 la g ia résistance de résonance série pour la. fréquence assignée, afin d'assurer un fonctionnemtsûr. D'après l'article de W. L. Smith : "Preciman; Quartz Crystal Controlled Oscillators Using Transistor Circuits", Bell Laboratories Record Sept 1964, il est connu d'éliminer l'autoexcitation de fréquences situées au-dessous de la fréquence assignée en branchant en parallèle une inductance avec l'un des deux condensateurs Colpitts de telle sorte que le montage en parallèle est capacitif pour l'état de résonance désiré, alors qu'il est inductif pour les fréquences immédiatement inférieures. Le dispositif de la figure 2 montre une possibilité particulièrement simple d'éliminer l'excitation de la résonance vibratoire superficielle pertubatrice. L'accouplement de l'émetteur du transistor-oscillateur 1 du circuit Colpitts capacitif est réalisé par l'intermédiaire du condensateur 12 qui confère le caractère de filtre passe-haut au montage. L'angle de phase produit en supplément dépend, il est vrai, du point de fonctionnement. Cependant dans le cas d'écarts importants entre la fréquence assi-. gnée et la fréquence de résonance perturbatrice, le condensateur 12 peut être dimensionné de manière à ne plus avoir un effet perturbateur pour la fréquence désirée. Le second exemple de réalisation représenté en figure 3 montre un oscillateur commandé par quartz comportant le transistor d'oscillation 1,. un amplificateur séparateur à tnns étages comportant les transistors 7, 14 et 17, ainsi que deux transistors 9 et 20 servant au réglage. L'étage oscillateur comportant le transistor 1 travaille dans le circuit Colpitts capacitif avec un montage série, branché entre le collecteur et la base du transistoroscillateur 1 et constitué par le quartz oscillateur 2 et un condensateur de réglage formé par le montage en parallèle d'un condensateur fixe et dfun condensateur réglable. En outre le circuit de couplage à réaction comporte deux condensateurs mia à la masse à une extrémité, dont l'un 5 est raccordé à la base du transistor - oscillateur 1 tandis que l'autre condensa teur6 est raccord au collecteur de ce transistor 1.Le montage série du quartz 2 et du condensateur3,4 agit ici comme une réactance inductive formant avec un circuit ramonant avec les condensateurs 5 et 6. Pour le couplage de la tension d'oscillateur, on utilise le circuit de base du transistor 7, dont la base est reliée à la masse par un condensateur 8 et se trouve donc à un potentiel nul pour le domaine des hautes fréquences. Les deux émetteurs du transistor - oscillateur f et du transistor amplificateur 7 sont reliés entre eux et raccordés au collecteur du transistor 9 de réglage du courant continu, qui est monté comme une source de tension réglable. Le transistor-oscillateur 1 et le transistor amplificateur 7 sont réales au moyen du circuit amplificateur différentiel d'un circuit intégré universel de manière à obtenir de très bonnes caractéristiques de symétrie (faible écart de réglage permanent) lors du régl de ces deux transistors par le transistor 9 de régdag de courant continu.Pour renforcer ces propriétés de symétrie, les deux transistors 1 et 7 ont leurs collecteurs raccordés par l'intermédiaire de résistances de collecteur de même valeur ohmique à la borne de potentiel d'alimentation située du côté des collecteurs et reliée à la masse et leurs bases sont reliées par l'intermédiaire durésis- tances de base 12 et 13 de même valeur ohmique à la place du diviseur de tension ohmique 10, 11. Ce dernier est constitue par deux résistances ohmiques 10 et il et est monté entre la masse et la borne de potentiel constant alimentant l'émetteur du tran- sistor 9. Etant donné que tous les transistors sont du type npn, la borne du potentiel d'alimentation située du côté du collecteur et reliée à la masse est positive. Le potentiel négatif alimentant l'émetteur du transistor 9 de réglage du courant continu est stabilisé et filtré par une résistance de filtrage montée en série, ainsi que par une diode Zéner et un condensateur de filtrage montés en dérivation. En raison des bonnes propriétés de symétrie des transistors intégrés 1 et 7 et du potentiel de lactase commun obtenu pari#intermédiaire des résistances 10, 11, 12 et 13, le courant continu dtémetteur est le même dans les deux transistors 1 et 7 et prend pour valeur la moitié du courant continu du collecteur du transistor 9 de réglage du courant continu. En ce qui concerne le courant alternatif, les trajets émetteur-base du transistor-oscillateur et du transistor amplificateur sont montés en série de sorte qu'il s'établit une linéarisation et en particulier une annulation des harmo niques pairs dans les courants alternatifs d'émetteur par suite de la valeur égale des courants d'émetteur des transistors 1 et 7.La pente ou le gain en tension du transistor d'oscillation 1 sont proportionnels au courant continu envoyé par le transistor 9 de réglage du courant continu. Si ce courant continu peut être rendu réglable, on a une possibilité simple de régler l'amplitude de l'étage oscillateur, sans distorsion. L'ampli ficateur séparateur à trois étages comporte, outre le transis tor amplificateur 7, encore deux autres étages 14 et 17. Le transistor 14 est monté en émetteur commun et accouplé capacitivement, côté base, au collecteur du transistor amplifica teur 7. La résistance d'émetteur 26 du transistor 14 est cour circuitée dans le circuit en courant alternatif par un organe RC 15, 16 relié à la masse, pour obtenir une amplification plus importante pour la tension alternative.Au collecteur du transit tor 14 est reliée la base du transistor terminal 17, à montage collecteur-base et sur émetteur duquel la tension de sortie est délivrée à la sortie 27 par l'intermédiaire d'une résistance de découplage 18 et d'un condensateur séparateur non représenté en détail. Pour produire la tension de réglage, la base du transistor redresseur 20 est accouplée à l'émetteur du transistor 17 par l'intermédiaire du condensateur 19. Une charge indésirable du condensateur 19 par le courant redressé de la base du transistor 20 est interdite par la diode 21 montée entre la base et l'érnetteur du transistor 20. L'émetteur du transistor 20 et la diode 21 se trouvent au potentiel négatif stabilisé de l'alimenta#ion. Les résistances d'émetteur des transistors 14 et Zl et Lvinetteur du transistor 9 de réglage du courant conti nu sont reliés à la borne de potentiel négatif stabilisé. La base du transistor 9 est raccordée galvaniquement par l'inter médiaire de larésistance 25 au collecteur du transistor iedresseur 20.Une résistance ohmique 22 est placée entre la masse et la base du transistor 9 de sorte que le potentiel positif est appliqué au collecteur du transistor redresseur 20 par l'intermédiaire de cette résistance 22 et la résistance 25 en surie. Les condensateurs 23 et 24, qui relient le collecteur du transistor 20 et la base du transistor 9 respectivement au potentiel négatif stabilisé, coopèrent avec la résistance ohmique 25 pour filtrer dans la tension de réglage les résidus de haute fréquqoee. Si l'amplitude de la tension alternative sur l'émetteur du transistor terminal 17 dépasse la valeur de la tension de seuil de la diode émetteur-base du transistor redresseur 20, celui-ci devient conducteur et réduit donc le courant de base du transistor 9, arrivant par ltinterrnédiaire de la résistance 22. Le courant de collecteur du transistor 9 de réglage du courant continu, constituant une source de tension commandée, décroît jusqu'à ce quel'amplification du transistoroscillateur 1, nécessaire pour le fonctionnement stationnaire, soit atteinte. L'amplification de réglage est relativement élevée à cause de l'amplificateur de l'écart de réglage par les transistors 20 et 9. La partie du montage, entourée d'une ligne en pointillé, est prévue pour être placée dans un thermostat. Etant donné que le transistor redresseur 20 se trouve égale#ment dans le thermostat, la dépendance en température de la tension de seuil de la diode émetteur-base de ce transistor est sans effet de sorte que cette tension de seuil représente une grandeur de référence constante paur le circuit de réglage. Comme il a déjà été indiqué, le transistoroscillateur 1 et le transistor amplificateur 7 constituent des parties dttln circuit d'un amplificateur différentiel. Mais les autres composants à semiconducteur peuvent également être contitués pour la majeure partie par la même circuit universel. REVENDICATIONS 1. Oscillateur, de préférence oscillateur à haute fréquence, comportant un transistor-oscillateur et un circuit de couplage à réaction, caractérisé par le fait qutun transistor amplificateur (7) est raccordé galvaniquement à l'émetteur du transistor-oscillateur (1) et au collecteur d'un transistor (9) de réglage du courant continu. 2. Oscillateur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la base du transistor - oscillateur (1) est raccordée galvaniquement à la prise d'un diviseur de tension ohmique (10, 11) qui est monté entre la borne de potentiel constant, alimentant l'émetteur du transistor (9) de règlage du courant continu, et la borne de potentie# constant alimentant le collecteur du transistor - oscillateur (1). 3. Oscillateur suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que la base du transistor amplificateur (7) est commandée par une liaison galvanique à partir de l'émetteur du transistor - oscillateur (1). 4. Oscillateur suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que émetteur du transistor amplificateur (7) est raccordé à l'émetteur du transistor oscillateur (1). 5. Oscillateur suivant les revendications 2 et 4 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que la prise du diviseur de tension ohmique (10, 11) est reliée respectivement par l'intermédiaire de résistances de base ohmiques à la base du transistor - oscillateur (1) et à la base du transistor amplificateur (7). 6. Oscillateur suivant la revendication 5 caractérisé par le fait que les deux résistances de base (12 et 13) ont la même valeur. 7. Oscillateur suivant l'une des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé par le fait que la base du transistor amplificateur (7) est relié par un condensateur (8) à la borne de potentiel nul en courant alternatif. 8. Oscillateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé par que le transistor 9 de réglage du courant continu est commandé par un signal en courant continu dérivé du signal de sortie de l'oscillateur. 9. Oscillateur suivant la revendication 8 caractérisé par le fait que le signal de sortie amplifié est produit par un étage à transistor (17) à montage colleci,eur- base. 10. Oscillateur suivant l'une des reven dications 8 ou 9 caractérisé par le fait que le transistor k9) de réglage du courant continu est commandé par l'intermédiaire d'une liaison galvanique par un transistor redresseur (#o qui redresse le signal de sortie de l'oscillateur. 11. Oscillateur suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'il est placé dans un thermostat. 12. Oscillateur suivant les revendications 10 et 11 prises dans leur ensemble caractérisé par le fait que le transistor redresseur (20) est placé également dans le thermostat. 13. Oscillateur suivant 1l'une des rnverldi- cations 1, 2, 3, 4, 5,6, 7s Si 9 , 10, 11 ou 12 caractérisé par le fait que le circuit de réaction comporte un quartz oscillateur (2), branché entre le collecteur et la base du transistor-oscillateur (1), et deux condensateurs relies entre eux, dont l'un 5 est raccordé respectivement par son autre borne à la base du transistor-oscillateur (1) et dont l'autre condensateur (6) est raccordé par son autre borne au collecteur de ce transistor. 14. Oscillateur suivant la revendication 13 caractérisé par le fait qu'un système de capacités (3, 4) de préférence réglable est monté en série avec le quartz oscillateur (2). 15. Ooscillateur suivant l'une djs reve;##I- cations 13 ou 14 caractérisé par le fait que le point de liaison entre les condensateurs (5, 6) est relié à l'émetteur du tr 16. Oscillateur suivant la revendication 15 caractérisé par le fait qu'entre le point de liaison des condensateurs (4, 5) et l'émetteur du transistor-oscillateur (1) est branchée une capacité (12) formant filtre passe-haut.