Brevet FR2279143A1 — publié le 19760213

L'invention est relative à un dispositif de mesure de temps (ce terme devant être interprêté comme désignant les montres, horloges et dispositifs analogues) comportant un générateur de signaux électriques périodiques de fréquence déterminée et une source d'alimentation en courant continu, telle qu'une pile, pour fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement de ce générateur. La plupart des dispositifs de mesure de temps du type cidessus défini comportent un générateur constitué par un oscillateur à quartz suivi d'un diviseur de fréquences. Ces générateurs présentent de nombreux inconvénients. Ils exigent une tension d'alimentation relativement élevée, dépassant 1,5 volts, ce qui oblige à utiliser des piles à ltoxyde d'argent, fournissant une force électromotrice de 1,6 volts, et ont une énergie massique très inférieure à celle des piles au mercure, inutilisables dans ce cas du fait de leur force électromotrice insuffisante, de l'ordre de 1,35 volts.Pour ajuster la fréquence de résonance alors que le quartz ne peut pas être produit avec toute la précision nécessaire et pour effectuer la nécessaire compensation en température (la dérive d'un quartz étant de l'ordre de 10 6 par degré C), l'oscillateur doit comporter des condensateurs ajustables. Ces condensateurs et les résistances du circuit ont une stabilité propre, qui atténue dans une large mesure l'avantage attendu de la stabilité propre du quartz. De plus, le quartz est volumineux et l'oscillateur dans lequel il est disposé consomme un courant de l'ordre de 5 microampères en général. Enfin la fréquence desdits oscillateurs à quartz dépend de la tension de la pile d'alimentation ; en d'autres termes, lorsque la pile a été utilisée pendant un certain temps, la fréquence de l'oscillateur varie. L'invention vise à fournir un dispositif de mesure de temps répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce que les inconvénients ci-dessus sont dans une large mesure écartés. Dans ce but, l'invention propose un 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 générateur en énergie électrique, comportant deux transistors associés à un circuit résonnant inductance-capacité pour constituer un oscillateur à fréquence de plusieurs ordres de grandeur supérieure à la fréquence de commande de l'appareil d'affichage, ladite capacité étant un condensateur à grande stabilité. Un tel oscillateur peut être alimenté sous tension faible, pouvant descendre à 0,5 volt et sa consommation en énergie électrique est très faible. Sa tension d'alimentation est aisément réglée à l'aide d'un organe classique, tel qu'une diode -ZENER, en parallèle sur un condensateur de découplage. Tous les organes peuvent avoir une grande stabilité, y compris l'inductance qui peut être à noyau de ferrite. La seule précaution notable à prendre consiste en l'emploi de-transistors à temps de commutation très bref, dont les capacités des fonctions sont donc faibles, lorsque l'on recherche les fréquences élevées (255Hz par exemple) qui permettent d'utiliser un condensateur de faible capacité. De plus, les coefficients de température de tels composants sont très faibles, par exemple + 0,5.10 par degré C pour les ferrites. Du fait de la self-inductance importante qui peut être utilisée, le niveau de signal est élevé. Si le temps de commutation des transistors est suffisamment bref, le courant est rigoureusement sinusoïdal. Un tel dispositif peut commander un système d'affichage optoélectrique classique, utilisant par exemple des cristaux liquides, ce qui peut demander une alimentation séparée (1,'A sous 4 volts, par exemple). Ce système d'affichage est précédé d'un diviseur de fréquence qui la ramène par exemple de 2 Hz à 1 Hz. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un dispositif qui en constitue un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La figure unique montre très schématiquement ce mode de réalisation. Il comporte un oscillateur 10, qui fournit un signal sinusoïdal à fréquence déterminée à un dispositif d'affichage 11 par l'intermédiaire d'un dispositif diviseur et codeur 12. Ce dispositif d'affichage est par exemple du type à cristaux liquides et comporte sa propre alimentation 13- A sous 3 Volts efficaces par exemple). Enfin, oscillateur 10 est alimenté par une source 14, représentée sous forme d'une pile. L'oscillateur 10 comprend un transistor 15 au silicium de type P.N.P. dont la base est reliée à la masse par une résistance de polarisation 16, dont l'émetteur est relié au conducteur posi tif d'alimentation 17 et dont le collecteur est relié à la base d'un transistor 18 complémentaire du premier (donc de type NPN), et également au silicium. Le transistor 18 a été représenté, comme le transistor 15, sous forme d'un transistor bipolaire. I1 peut également s'agir d'un transistor MOS à effet de champ. L'émetteur de ce transistor est relié à la masse. Son collecteur est relié au conducteur 17 par une inductance 19 qui constitue, avec un condensateur ajustable 20, un circuit oscillant qui fixe la fréquence de l'oscillateur. Le condensateur 20 est un condensateur céramique présentant une très grande stabilité, dont la dérive dans le temps peut être inférieure à 10 . De son côté, l'inductance 19 est une inductance à noyau de ferrite (non représenté), dont le coefficient de température est très faible, ne dépassant pas + 1.10 6 Une telle inductance peut être très importante, et notamment atteindre et dépasser 100 millihenrys, sous un volume faible. En conséquence, avec un condensateur 20 de faible capacité, ne dépassant pas 100 picofarads, donc réalisable avec un diélectrique céramique qui est avantageusement de la silice, on peut arriver à une fréquence de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle de l'affichage (de 215 Hz par exemple).De plus, du fait de la valeur importante de l'inductance 19, le signal de sortie de ltoscilla- teur peut être élevé et atteindre plusieurs microampères. Pour que le signal de sortie reste sinusoïdal, à des fréquences aussi élevées, il faut évidemment que le temps de commutation des transistors soit bref : on peut par exemple utiliser des transistors 2 N 2894 et 2 N 2222. La fréquence de résonance est déterminée non seulement par la valeur de l'inductance 20 et la capacité du condensateur 20, mais également par la capacité de collecteur du transistor 18 et par la capacité propre de l'inductance 19. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention la capacité du condensateur 20 est faible par rapport aux valeurs des capacités des jonctions des transistors 15 et 18 et, avantageusement, par rapport à ladite capacité propre de l'inductance 19. Ces diTiEsescapacités sont très stables en fonction de la température et de la tension surtout lorsque les transistors 15 et 18 sont au silicium et l'inductance 19 est du type à noyau de ferrite. De ce fait, la fréquence de l'oscillateur présente également une grande stabilité. Dans l'exemple le noyau de l'inductance 19 est une ferrite sans hystéresis connue sous la marque"ferrinox T 6" de la société COFELEC. Cette ferrite présente un coefficient de désaccomodation ssL égal à 10 6 par degré C. En ce qui concerne ladite inductance 19, on peut prévoir, en variante, des moyens permettant de déplacer l'enroulement par rapport au noyau et donc de faire varier sa valeur afin de modifier la fréquence de l'oscillateur 10. Pour ajuster la fréquence de l'oscillateur 10 on prévoit, dans l'exemple, une résistance 5 de valeur ajustable disposée entre la base du transistor 18 et la masse. Cette résistance 5 présente, en outre, l'avantage de permettre un blocage rapide du transistor 18. Egalement pour faire varier la fréquence de l'oscillateur 10 on peut prévoir un condensateur (non montré) de valeur ajustable en parallèle sur l'inductance 19. L'alimentation en courant continu peut notamment être réalisée à partir d'une pile 14 au mercure de 1,35 V. Par ailleurs, la puissance électrique consommée est très faible et peut notamment descendre à 2 microwatts. La tension de fonctionnement de l'oscillateur est, dans le mode de réalisation illustré, déterminée par une diode Zener 21 présentant par exemple une tension d'amorçage de 0,6 V., découplée par un condensateur céramique 22 de quelques dizaines de nanofarads. Une résistance ajustable 23 de valeur élevée, plusieurs centaines de kiloohms en général, limite le courant débité par la pile 14. Il est important de noter que la tension minimale VBE entre l'émetteur et la base du transistor 15 pour le faire passer de ltétat de blocage à ltétat de saturation peut être supérieure à la tension fournie par la source (c'est-à-dire à la tension fournie par la diode Zener 21). Dans l'exemple la diode Zener fournit une tension de 0,6 V. alors que ladite tension VBE du transistor 15 est de l'ordre de 0,8 V. En effet, l'inductance 19 présente un coefficient de surtension et une valeur suffisamment importants pour permettre de fournir une différence de potentiel importante entre l'émetteur et la base du transistor 15. Au cours d'expériences menées dans le cadre de l'invention on a constaté qu'un oscillateur réalisé avec une inductance 19 à noyau de ferrite présentait une stabilité en fréquence meilleure qu'un oscillateur à quartz. Ainsi la stabilité relative en fré quence en fonction des vibrations est de l'ordre de + 0,6.106 et en fonction du vieillissement cette stabilité est de l'ordre de 0,2.10 /semaine alors qu'avec les cristaux de quartz généralement utilisés ces coefficients sont respectivement + 5.10-6 et + 0,5.10 /semaine. En ce qui concerne la stabilité aux chocs les oscillateurs à quartz et les oscillateurs conformes à ltin- vention présentent sensiblement les mêmes performances. Comme il va de soi, et comme il résulte 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 et notamment celles dans lesquelles l'inductance 19 est une inductance à air, c'est-à-dire sans noyau de ferrite. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de temps comprenant un générateur de signaux périodiques, de fréquence déterminée, une source de courant convint, telle qu'une pile, et un dispositif d'affichage, par exemple à cristaux liquides, caractrisé en ce que ledit générateur comporte au moins un transistor associe à un circuit résonnant du type inductance-capacitf pour constituer un oscillateur à fréquence de plusieurs ordres de grandeur supérieure à la fréquence de commande de l'appareil d'affichage, ladite capacité comprenant un condensateur à grande stabilité. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur comprend deux transistors. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscillateur comporte un premier transistor au silicium, dont le circuit de charge contient ladite inductance qui constitue avec ledit condensateur, qui couple ledit premier transistor à la base d'un second transistor au silicium, ledit circuit résonnant, le diélectrique dudit condensateur étant en silice. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la capacité dudit condensateur est sensiblement inférieure aux capacités des jonctions desdits transistors au silicium. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractéris' en ce que ladite inductance est bobinée sur un noyau de ferrite. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déplacer ladite inductance par rapport à son noyau de façon à permettre la variation de ladite fréquence déterminée. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que ladite capacité a une valeur inférieure à 100 picofarads. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractéris en ce que la source de courant continu est constituée par une pile au mercure. 9. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que ladite source de courant continu comprend une pile et une diode Zener dont la ensio: Zener est Inférieure - ld tension de déclenchement ém*tteur-base du second transistor. 10. Dispositif suivant l'unie quelconque des reienzic tlo.ls 2 à 9, caractérisé -n ce que les deux transistors sont de types de con ductivlt' onoss.