Brevet FR2220923A1 — publié le 19741004

L'invention est relative à un dispositif de mesure de temps comportant un genérateur de signaux périodiques de fre- quence déterminée et une source d'alimentation en courant continu, telle qu'une pile, pour permettre le fonctionnement de ce générateur. Par dispositif de mesure de temps on entend les montres, les horloges et tout dispositif analogue. L'invention concerne également un procédé de mise en action d'un tel dispositif. Dans des dispositifs connus du genre en question ledit générateur de signaux périodiques comporte un oscillateur à quartz et un montage diviseur de fréquence. Le cristal de quartz équipant de tels générateurs est relativement onéreux ; de plus, la valeur de la fréquence fixée par le cristal de quartz varie de façon importante en fonction de la température ; de telles variations sont difficiles à compenser. En outre, ces générateurs consomment une énergie importante. De ce fait, la pile alimentant de tels générateurs se décharge rapidement. L'invention a pour but de remédier -aux inconvénients mentionnés ci-dessus et, en particulier, de fournir de tels dispositifs de mesure de temps dont la réalisation soit particulièrement aisée et Fonomique et dont la consommation en énergie électrique soit réduite. Le dispositif de mesure de temps conforme à l'invention est caractérisé en ce que ledit générateur comprend un premier transistor, un second transistor, un élrment resistif et un élé- ment capacitif, lesdits transistors et eléments étant installés de façon à former un montage oscillateur. De préférence ledit éliment résistif comporte une première résistance de valeur ajustable de façon à regler ladite frequence déterminée. Avantageusement ledit élément resistif comporte une seconde resistance de valeur ajustable propre à permettre le réglage de la durée de chaque signal périodique fourni par ledit générateur. Dans une réalisation préférée de l'invention ledit montage oscillateur est du type oscillateur bloqué. Selon une autre realisation de l'invention le montage oscillateur est du type multivibrateur. Dans un mode de realisation particulier d'un tel dispositit celui-ci comporte une bobine propre à être alimentée par les signaux périodiques fournis par ledit montage oscillateur de façon à produire un chanpmagnétique ; le dispositif comporte également un balancier comprenant un elément magnétique propre à être attiré ou repoussé par ladite bobine alimentée par les signaux periodiques, ce balancier etant, en outre, solidaire de moyens de rappel. Pour mettre en action un tel dispositif établi selon ledit mode de realisation particulier avec, en plus, une résistance de valeur ajustable (faisant partie dudit élément résistif) on procède, de prfrence, de la manière suivante : la valeur de cette résistance ajustable est réglée de façon telle que la duree de chaque signal périodique fourni par le montage oscillateur soit juste suffisante pour entretenir l'oscillation du balancier. D'autres buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description de modes de réalisation de l'invention, cette description etant faite en se reférant aux dessins ci-annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un générateur de dispositif de mesure de temps conforme à l'invention, - la figure 2 illustre une variante du générateur représente sur la figure 1, - la figure 3 montre un autre mode de réalisation du générateur du dispositif de mesure de temps conforme à l'invention, et - la figure 4 illustre, de façon schématique, le balancier et la bobine d'une horloge conforme à l'invention. Le générateur de signaux périodiques pour dispositif de mesure de temps qui est représente sur les figures 1, 2 et o comprend, de façon en soi connue, un générateur de signaux perle- diques 1 la ou lb alimenté par une pile 2, 2a ou zb. Conformement à l'invention, le générateur 1 comporte deux transistors j et 4 (figure 1), ba et 4a (figure 2) ou Bb et 4b (figure 3). Dans le mode de réalisation de l'invention qui est représente sur les figures 1 et a, l'oscillateur 1 (ou la) est un oscillateur bloque ; dans le mode de réalisation illustré sur la figure J, l'oscillateur lb est un multivibrateur. Ainsi, le générateur de signaux periodiques du dispositif de mesure de temps conforme a lwinvention est, avantageusement, un générateur de signaux carrés ou rectangulaires. On va maintenant décrire en détail le mode de réalisation de l'invention qui est représent' sur la figure 1. Dans c ode de réalisation, le transistor 3 est du type de conductivité PNP et le transistorqest du type NPN. L'émetteur du transistor 3 est relié au pôle positif (+) de la pile 2 par l'inter- médiaire d'un interrupteur 20. Le collecteur du transistor 4 est connecté à la première borne d'une résistance 5 de valeur ajustable, la seconde borne de cette résistance 5 étant reliée à une première armature 6 d'un condensateur 7. La seconde armature 8 du condensateur 7 est reliée directement à la base du transistor 3. La base dudit transistor 3 est, en outre, connectée à la masse par l'in termédiaire d'une seconde résistance 10 de valeur ajustable.Il est à noter que la borne négative (-) de la pile 2 est reliée à la masse ; il en est de même de l'émetteur du transistor 4. Le collecteur du transistor 3 est connecte à la base du transistor 4 par l'intermédiaire d'une résistance 11. Le collecteur du transistor 4 est relié au pôle positif de la pile 2 par l'intermédiaire d'une bobine 12. Cette bobine 12 ne fait par partie de ltoscillateur proprement dit mais du circuit d'utilisation des signaux fournis par cet oscillateur. Le rôle de la bobine 12 sera expliqué plus en détail ci-après avec la description de la figure 4. Enfin, une diode 13 est installée en parallèle sur la bobine 12 de telle manière que sa cathode soit reliée au pôle positif de la pile 2. En ce qui concerne les valeurs des diverses resistances du montage oscillateur représenté sur la figure 1 il faut noter que les résistances 5 et 11 ont une valeur faible par rapport à la resistance 10. Dans un mode de réalisation particulier, la résistance 5 est ajustée à la valeur de 20 K g la résistance 10 est réglée à la valeur de 5 M#et la résistance 11 à la valeur de 10 KSi Dans ce même mode de réalisation particulier le condensateur 7 a une capacité de 0,1 microfarad. Comme on le verra ci-après, ce sont le condensateur 7 et la résistance 10 qui déterminent essentiellement le fréquence de l'oscillateur 1 Il est donc particulièrement avantageux de choisir cette résistance 10 et ce condensateur 7 de telle manière que ~leurs variations relatives en fonction de la température se compensent exactement. De préférence on choisit une résistance 10 dont le coefficient olde variation relative en fonction de la température est negatif, le coefficient ss de variation relative de la capacité du condensateur 7 en fonction de la temperature, etant alors positif. Dans l'exemple mentionne ci-dessus le condensateur 7 est du type au polycarbonate métallisé et la résistance 10 est réalisée sous la forme d'une couche métallique mince sur un support.Dans l'exemple mentionné ci-dessus le coefficient a a la valeur - 50.10#6/0C et le coefficient ss a la valeur + 50.10#6/0C. Toujours pour que la fréquence de l'oscillateur 1 soit stable en fonction de la température, on disposera le condensateur 7 et la résistance 10 dans un même bottier (non représenté). Dans le mode de réalisation préféré de l'invention ledit oscillateur 1 est réalisé sous la forme d'un circuit hybride, les éléments actifs du condensateur 7 et de la résistance 10 se trouvant alors dans le même bottier particulier. Dans ce dernier cas, la résistance 10 sera divisée en deux parties. La première partie se trouvera dans ledit bottier particulier (non représenté) et la seconde partie - de valeur beaucoup plus faible que la première sera disposée à l'extérieur du bottier et sera de valeur ajustable. Le fonctionnement de I'oscillateur bloqué 1 est bien connu, on le rappellera cependant brièvement. Lorsque l'interrupteur 20 est fermé on ferme ainsi un circuit de charge pour le condensateur 7. Ce circuit de charge comprend, outre la pile 2 et le condensateur 7 lui-même, la bobine 12, la résistance 5 et la résistance 10. Ainsi, le potentiel de la base du transistor 3 devient négatif et, par conséquent, ce transistor passe à l'état conducteur et il en est de même du transistor 4, la base de ce transistor 4 étant alors reliée au pôle positif de la pile 2 par l'intermédiaire de la résistance émetteur-collecteur du transistor 3 et de la résistance 11. Ainsi, un courant électrique circule à travers la bobine 12. En même temps, le condensateur 7 se décharge ; le circuit de décharge de ce condensateur 7 comprend, en partant de 11armature 6, la résistance 5, la bobine 12 et la résistance émetteur base du transistor 3. Lorsque le condensateur 7 est déchargé la base du transistor 3 est en l'air et celui-ci revient à l'état bloqué ; il en est alors de meme du transistor 4. Le processus peut donc recommencer. La diode 13 permet de courtcircuiter les signaux qui pourraient produire des surtensions (nuisibles) aux bornes de la bobine 12. On voit que c'est bien la résistance 10 et le condensateur 7 qui déterminent la fréquence de l'oscillateur 1. Dans l'exemple, cette fréquence est de 0,1 x 10 6 x 5 x 10 = 0,5 seconde. En outre, la résistance 5 représente une fraction importante de la résistance du circuit de déc#harge du condensateur 7. Ainsi la va riation de la résistance 5 permet de faire varier la largeur des impulsions fournies par l'oscillateur 1. Cette dernière disposition (variation de la largeur des impulsions) est, comme on le verra plus loin, particulièrement intéressante pour la réalisation d'une horloge à balancier. On va maintenant décrire en relation avec la figure 2 un autre mode de réalisation du générateur du dispositif de mesure de temps conforme à l'invention. L'oscillateur la qui forme ce générateur est pratiquement identique à l'oscillateur 1 que l'on a décrit en relation avec la figure 1, il est donc inutile de le décrire en détail. Toutefois la bobine 12 est remplacée, ici, par une résistance 14 de faible valeur. La bobine 12a du dispositif représenté sur la figure 2 est installée dans le circuit collecteur d'un-transistor supplémentaire 15, le type NPN dans l'exemple. La base du transistor 15 est reliée au collecteur du transistor 3a et l'émetteur de ce transistor 15 est connecté à la masse. Comme déjà mentionné, la bobine 12a est reliée, d'un côté, au collecteur du transistor 15 et, de l'autre côté, au pôle positif de la pile 2a. De même que dans le cas de la figure 1 la bobine 12a est court-circuitée par une diode 13a. L'inventeur a constaté qu'avec ce montage les signaux obtenus aux bornes de la bobine 12a étaient plus "purs" que dans le cas de l'oscillateur 1. En effet la bobine 12a est ainsi séparée du montage oscillateur proprement dit et ne peut avoir d'influence sur la fréquence de ce montage. L'oscillateur lb représenté sur la figure 3 comprend deux transistors 3b et 4b de même type de conductivité - NPN dans l'exem- ple - qui sont montés en multivibrateur. Les condensateurs 21 et 22 qui couplent, respectivement, le collecteur du transistor 3b à la base du transistor 4b et le collecteur du transistor 4b à la base du transistor 3b déterminent, avec la résistance 23, de valeur ajustable, la fréquence des signaux produits par ce multivibrateur. La résistance 23 est installée entre le collecteur du transistor 3b et la borne positive de la pile 2b. Les résistances 24 et 25, également de valeurs ajustables, déterminent la largeur des impulsions produites par ce multivibrateur.La résistance 24 est installée entre la base du transistor 4b et la borne positive de la pile ; de même la résistance 25 est disposée entre la base du transistor 3b et la borne positive de la pile 2b. La bobine 12b est installée, dans ce mode de réalisation, entre le collecteur du transistor 4b et ladite borne positive de la pile. Le fonctionnement du montage representé sur la figure 3 est, en soi, bien connu, il est donc inutile de le décrire. On va maintenant décrire en relation avec la figure 4 le fonctionnement d'une horloge à balancier 26 dont l'oscillation est commandée par les impulsions fournies par l'oscillateur 1, la ou lb. Pour la commodite de la description on supposera que c'est le montage de la figure 1 qui alimente la bobine 12 représentée sur cette figure 4. Le balancier 26 a la forme d'un disque plat sur une face duquel est installe un aimant 27. De préférence l'aimant 27 se trouve voisin de la périphérie du disque 26. Dans l'exemple, cet aimant 27 est un simple morceau de ferrite. L'axe 28 du balancIer 26 est solidaire d'un ressort de rappel 29. La bobine 12 est ins talle de façon telle que son axe soit parallèle à l'axe 28 du balancier 26. De plus, cette bobine 12 se trouve sensiblement à la même distance de l'axe 28 que l'aimant 27 et du même côté du disque. Bien entendu, cette bobine 12 n'est pas en contact avec le disque 26. Au repos la bobine et l'aimant 27 sont sépares par un angle a détermine par rapport à l'axe 28. Lorsqu'une impulsion de courant est délivrée aux bornes de la bobine 12, cette impulsion crée une impulsion de champ magnétique qui permet d'attirer l'aimant 27 vers la bobine 12 et, ainsi, de faire tourner le disque 26 à l'encontre du ressort 29. En fin de course, l'aimant 27 se trouve dans la position 27a, représentée en traits interrompus sur la figure 4 ; dans cette position de fin de course l'aimant 27 fait le même angle a avec la bobine 12 par rapport à l'axe 28. De plus, toujours en fin de course, le ressort 29 est tendu et permet donc de ramener l'aimant 27 dans sa position initiale (re présentez en traits pleins sur la figure 4). Par un choix approprie de l'inertIe du balancier 26, de la fréquence de ltoscilla- teur 1 et de la largeur des impulsions fournies par cet oscillateur, c'est dans cette position initiale que l'oscillateur 1 fournit, de nouveau, une impulsion. On notera que la valeur de la résistance 5 est reglée de façon que les impulsions fournies par l'oscillateur 1 soient les plus étroites possibles. Ainsi l'énergie électrique demandée à la pile sera très fable. En effet, la pile 2 n'est sollicite que lorsqu'une impulsion est fournie par l'oscillateur 1 et, entre les impulsions, les transistors 3 et 4 sont bloqués et la pile 2 ne débite donc pas. Cette largeur ou durée des impulsions est choisie à une valeur minimale ; cette valeur minimale est telle que, si ladite largeur est très légèrement plus faible (que cette valeur minimale), l'énergie apportée par l'impulsion serait trop faible pour permettre l'oscillation du balancier 26. Pour obtenir ce réglage on confère d'abord à la résistance 5 une valeur importante de façon que l'oscillation du balancier 26 puisse démarrer (on fournit, au départ1 une énergie importante) ensuite la valeur de cette resistance 5 est diminuée jusqu'à ladite valeur minimale, juste avant le décrochage. Bien que l'on ait décrit en relation avec les figures 1 à 4 un dispositif de mesure de temps du genre horloge à balancier avec une bobine d'excitation du mouvement de balancier, il va de soi que l'invention n'est pas limite à cette application. En par ticulier, on pourra utiliser l'oscillateur 1, la ou lb pour réaliser une montre-bracelet comportant également un balancier. On pourra également réaliser lesdites montres-bracelets en utilisant directement les impulsions fournies par ledit genérateur de façon à commander l'affichage du temps ; cet affichage est, par exemple, réalisé à l'aide de diodes électroluminescentes ou de cristaux liquides.Pour commander cet affichage on peut utiliser des compteurs ou accumulateurs du type élect#ronique ou électromagnétique (non représentés) afin de permettre l'indication des minutes, heures 7 etc.. Il est à noter que ledit générateur- peut également alimenter un vibreur ou un moteur pas à pas. En ce qui concerne les variantes (non montrees) du dispositif de mesure de temps conforme à l'invention on notera tout d'abord que, dans le montage oscillateur représente sur la figure 1, le transistor 3 peut être remplace par un transistor à effet de champ (du type à canal N dans l'exemple). Dans ce cas la capacite du condensateur 7 peut être très faible ; en outre, dans ce cas, ce condensateur peut être de dimensions réduites.A titre d'exemple ledit condensateur peut être celui distribue par la Societé Sprague sous le code 082 ; un tel condensateur a une capacite de 4700 pF et un coefficient D de 30 x 10 6/OC. Pour la résistance 10 on peut choisir une résistance du type film metallique fabriqué soit par la Societe "organite Resistors' soit par la Societé Philips (sous la reférence NR 24). Toujours pour les variantes il faut ~galement mentionner qu'on peut appliquer au montage représenté sur la figure 3 les dispositions représentées sur la figure 2 (transistor supplémentaire 15). En outre pour cette figure 3, en variante, les émetteurs des transistors 3b et 4b peuvent être réunis à la masse par l'intermédiaire d'une même résistance (non montrée). Ceci étant, et quel que soit le mode de réalisation adopté pour réaliser le dispositif de mesure de temps conforme à l'invention, celui-ci présente de nombreux avantages. En particulier le fait qu'il ne soit pas nécessaire de recourir à un oscillateur à cristal de quartz permet une réalisation particulièrement économique de ce dispositif. En outre, comme déjà mentionné, la consommation en énergie électrique d'un tel dispositif est excessivement réduite. Enfin, le choix d'une résistance 10 et d'un condensateur 7 dont les coefficients de variation relative en fonction de la température sont égaux en valeur absolue mais de signe opposé permet de réaliser des dispositifs de mesure de temps qui sont très stables au cours de leur fonctionnement. Dans une réalisation, on a obtenu un tel dispositif de mesure de temps dont la variation était inférieure à 1 seconde par jour. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de temps comprenant un générateur de signaux périodiques de fréquence déterminée et une source de courant continu, telle qu'une pile, pour alimenter ledit gén rateur en nergie électrique, caracterise en ce que ledit générateur comprend un premier transistor, un second transistor, un éliment resistif et un élément capacitif, lesdits transistors et s lements c'tant installés de façon à former un montage oscillateur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément résistif comporte une première résistance de valeur ajustable de façon à régler ladite fréquence déterminée. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caracterise en ce que ledit élément resistif comporte une seconde résistance de valeur ajustable propre à permettre le réglage de la durée de chaque signal périodique-fourni par ledit genérateur. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les coefficients de variation relative en fonction de la température des valeurs, respectivement, de l'élément capacitif et de ladite première résistance de valeur ajustable sont sensiblement egaux en valeur absolue et de signe opposé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit générateur de signaux périodiques comporte un boîtier sensiblement ferme propre à recevoir ledit élément capacitif et ladite première resistance de valeur ajustable. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit montage oscillateur est réalise sous forme hybride. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit condensateur est du type au polycarbonate métallisé. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérIsé en ce que ladite résistance est réalisée sous la forme d'une couche métallique mince déposée sur un support. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caracterisç en ce que ledit montage oscillateur est réalisé sous la forme d'un montage du type oscillateur bloqué, lesdits premier et second transistors étant de types de conductivite opposés. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ì 8, caracterisé en ce que ledit montage osclllateur est réalisé sous la forme d'un montage du type multivibrateur, lesdits premier et second transistors étant de même type de conductivite. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou la revendication Go, caracterisn en ce qu'il comporte un troisième transistor dont la base est propre à recevoir les signaux périodiques fournis par ledit montage oscillateur. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precs dentés, caracterise en ce qu'il comporte une bobine propre à recevoir les signaux périodiques fournis par ledit montage oscilla teur de façon à produire un champmagnétique, cette bobine l'un desdits transistors. 13. Dispositif selon la revendication 12, caracterisé en ce qu'il comporte des moyens à diode installés en parallèle sur ladite bobine. 14. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un balancier comprenant un élément magnltique propre à être attire ou repousse par ladite bobine alimentée par lesdits signaux périodiques et des moyens de rappel de la rotation de ce balancier. 15. Procédé pour mettre en action le dispositif selon les revendications 3 et 14, caracterisé en ce que la valeur de ladite seconde résistance du montage oscillateur est reglée de telle manière que la durée de chaque signal periodique fourni par le montage oscillateur soit juste suffisante pour entretenir l'oscillation dudit balancier.