Brevet FR2446560A1 — publié le 19800808

L'invention concerne un oscillateur comportant un circuit de charge d'oscillateur monté dans le circuit de l'électrode de sortie d'un premier transistor et un circuit de couplage. Lorsqu'on réalise pour la première fois un oscillateur selon un schéma connu, on ne sait pas, à la première mise sous tension, la valeur de la tension d'oscillation; ceci implique donc une mise au point du montage, une modification des paramètres du circuit jusqu'à obtenir la tension souhaitée. Le but de l'invention proposée ici est de décrire un oscillateur dont on est sûr, à l'avance, de la valeur de la tension d'oscillation de sortie. Pour cela, un oscillateur conforme à l'invention est remarquable en ce outil comporte un deuxième transistor monté en paire différentielle avec le premier et en ce que les sorties du circuit de couplage sont connectées aux électrodes d'entrée des deux transistors. L'idée de l'invention consiste à profiter de l'effet limiteur des paires de transistors montés en différentiel et à utiliser l'un ou l'autre de ces deux transistors comme élément actif de l'oscillateur. La description suivante accompagnée des dessins, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les dessins représentent: - à la figure 1, un schéma de principe d'un oscillateur conforme à l'invention; - à la figure 2, l'allure des signaux de sortie d'un oscillateur conforme à l'invention; - à la figure 3, un schéma d'un oscillateur conforme à l'invention de type LC; - à la figure 4, un schéma d'un oscillateur conforme à l'invention comportant un quartz; - à la figure 5, un schéma équivalent simplifié de l'oscillateur montré à la figure 4; - à la figure 6, un schéma montrant la répartition des oscillations de l'oscillateur montré à la figure 4. L'oscillateur montré à la figure 1 comporte un premier transistor bipolaire T1 de type "npn"; le collecteur de ce transistor est relié à une source de tension + V par l'intermédiaire d'un circuit de charge 1; un circuit de couplage 2 fournit, sur ses fils de sortie 3a et 3b une tension d'oscillation définie par le circuit de charge d'oscillation. Conformément a' l'invention, l'oscillateur comporte un deuxième transistor bipolaire T2 de type "npn" monté en paire différentielle avec le premier transistor T1 et en ce que les fils de sortie 3a et 3b sont connectés respectivement aux bases des transistors T1 et T2. Les émetteurs des transistors Ti et T2 sont connectés à une source de tension - V' par l'intermédiaire d'un générateur de courant 4 débitant un courant Io. Une résistance 5 de valeur Rc relie le collecteur du transistor T2 avec ladite source de tension + V. On recueille la tension de sortie VS sur la borne de sortie 6. Pour un couplage suffisant et dès que la tension oscillante entre les fils 3a et 3b prend une certaine valeur, tour àXtour les transistors T1 et T2 deviennent conducteurs et non conducteurs. Ainsi, il est facile de calculer la tension VS à la borne sortie 6 de l'oscillateur. Lorsque le transistor T2 est non conducteur VS = V Lorsque le transistor T2 est conducteur VS = V-RCI , l'allure de cette tension d'oscillation est représentée en fonction du temps "t" à la figure 2. il est bien évident que l'on peut connecter un condensateur à la borne 6, de sorte que la tension de sortie puisse être alignée sur n'importe quelle valeur de tension. A la figure 3 où les éléments communs avec ceux de la figure 1 portent les mêmes références, on a représenté un oscillateur de type LC. Le circuit de charge d'oscillation 1 est composé par un circuit bouchon comportant une self 10 de valeur Lt, un condensateur il de valeur Ct et une résistance 12 de valeur Rt; le circuit de couplage 2 est constitué par un enroulement 13 couplé inductivement a la se T2 sont polarisées par une source de tension 14. A partir de l'oscillateur montré sur cette figure 3, il est possible d'obtenir un oscillateur dont la fréquence peut être commandée par une tension (oscillateur VCO). Pour cela, il suffit de remplacer le condensateur 11 par une diode à capacité variable (diode varlcap) et de lui adjoindre les circuits usuels pour que la commande par tension puisse fonctionner. A la figure 4 où les éléments communs avec ceux des figures 1 et 3 portent les mêmes références, on a représenté le schéma d'un oscillateur à quartz. Dans ce schéma, le fil 3b est relié à la base du transistor T2 par l'intermédiaire du quartz 20. Pour que la base du transistor T2 soit toujours polarisée, on a prévu une résistance 21 connectée entre les deux bases des transistors TI et T2. il est intéressant de faire un calcul sur ce circuit. Ce calcul sera fait avec des hypothèses simplificatrices. La figure 5 représente le schéma équivalent utilisé pour le calcul. On remarquera sur ce schéma que l'on néglige l'influence de la char- ge du secondaire sur le primaire du transformateur formé par les enroulements 10 et 13. Soit Vi la tension considérée aux extrémités du circuit bouchon. Vi = IZi I : courant débite par le transistor Ti Zi : impédance du circuit bouchon formé par les élé ments de valeur R1, C1, L1 Soit V3 la tension considérée aux bases des transistors Ti et T2. V3 = #.I. Z1 Z2 + R3 Z2 : impédance du circuit équivalent au quartz; ce circuit est formé par un circuit résonnant série comprenant les éléments de valeur R2, C2, L2. # : : rapport de transformation considéré comme étant purement réel. Pour avoir une tension de sortie bien déterminée, on prendra pour V3 une valeur crête à crête V3 telle que: V3 > V3 min. V3 min.: valeur minimale pour laquelle les transistors T1 ou T2 sont soit conducteurs soit bloqués. Cette tension V3 crée le courant I. I = g V3 g : transconductance du transistor T1; on admet, toujours pour simplifier, que g est purement réel. La tension de boucle est: # . g. Z1 . R3/Z2 + R3 . V3 On analyse maintenant les conditions des oscillations. La condition d'amplitude pour l'entretien des oscillations se traduit par: Z1 # R3 ### g# # V3# # 1 Z2 + R3 Cette condition se réalise sans difficultés. La condition de phase détermine la fréquence d'oscillation; cette fréquence est telle que l'argument de la quantité Zi . R3 est égal à "o". (On rappelle que # et g sont supposés être Z2 + R3 réels). t En posant Y1 = R3 Arg (Z1) = - Arg (Y1) = - Arg Z2 + R3 Y1 = [ - j R1 (1-L1.C1.@2@ + R1.L1.# En posant: # = #1 + ##1 L1.C1. #12 = 1 R1 Q1 = = R1.C1. #1 L1.001 ##1 # 1 ##1 Y1 = [2 j R1. + L1. (#1 + ##1)] R1.L1.# #1 ##1 Arg Y1 = Arc tg 2 Q1 #1 On calcule ensuite: R3 R3 + Z2 Arg = - Arg R3 + Z2 R3 En posant: L2.C2. #22 = #= #2 + ##2 ##2 #2 L2. #2 1 Q2 = = R2 + R3 (R2 + R3)#C2##2 On aboutit à: R3 ##2 Arg = - Arctg (2Q2) R# + Z2 #2 D'où, finalement, on obtient la formule (F): ##2 Q1 ##1 (F) .... = #2 Q2 #1 le signe moins est dû au fait que l'oscillation #os de la ten- sion de sortie de 1'oscillateur est située entre Wt et w2 (voir figure 6). Si on veut obtenir un oscillateur à quartz (VCXO) dont on peut faire varier la fréquence au moyen d'une tension, on prendra, pour remplacer le condensateur 11, une diode à capacité variable. La fréquence d'oscillation Wos (voir figure 6) est: # os = LO 2 + A Cette fréquence #os variera comme ##2. La formule F montre que la variation de fréquence obtenue par la variation de fréquence ##1 est multipliée par le facteur Q1/Q2. Dans le cas présent Q2 est de l'ordre de 10.000 et Q1 de 5 à 6. On remarquera que le circuit bouchon permet d'éliminer les modes parasites d'oscillation du quartz. I1 est bien évident que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits. Ainsi, toujours dans le cadre de l'invention, on peut réaliser des oscillateurs avec un circuit LC, le couplage étant assuré par une prise sur la bobine du circuit LC. On peut aussi utiliser le couplage par capacité toujours avec un circuit LC. Un autre couplage intéressant est le couplage résistif; pour cela, on prévoit un montage en série de deux résistances, ce montage étant branché en parallèle sur le circuit LC. La tension de couplage apparait au point commun des deux résistances. De plus, tous ces montages peuvent être combinés avec le circuit à quartz. REVENDICATIONS: 1. Oscillateur comportant un circuit de charge d'oscillation monté dans le circuit de l'électrode de sortie d'un premier transistor et un circuit de couplage, caractérisé en ce qu'il comporte un deuxième transistor monté en paire différentielle avec le premier et en ce que les sorties du circuit de couplage sont connectées aux électrodes d'entrée des deux transistors. 2. Oscillateur selon la revendication t, caractérisé en ce que le circuit de charge d'oscillation est formé par un circuit bouchon de type LC. 3. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage est formé par un enroulement qui est couplé magnétiquement à l'enroulement dudit circuit bouchon et dont les fils de sortie sont reliés aux électrodes d'entrée desdits transistors. 4. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage est formé à partir d'une prise ménagée sur l'enroulement de self du circuit LC. 5. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage est du type capacitif. 6. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de couplage est du type résistif. 7. Oscillateur selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce qu'il est prévu dans le circuit de couplage un quartz branché dans un circuit d'électrode d'entrée de l'un desdits transistors. 8. Oscillateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les transistors sont du type bipolaire. 9. Oscillateur selon l'une des revendications t à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu un générateur de courant pour alimenter ladite paire.