Brevet FR2510843A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne les dispositifs d'excitation pour résonateurs dans le but d'obtenir des oscillations électriques de très grande stabilité en fréquence même avec un résonateur présentant une impédance encore importante à la résonance. Les résonateurs du type lame vibrante se définissant par leur facteur de qualité Q également appelé coefficient de surtension. La courbe amplitude/fréquence présente un pic à la résonance et, plus ce pic est étroit meilleur est le facteur de qualité Q du résonateur. Si f' est la fréquence de résonance et A l'amplitude à cette fréquence, le facteur de qualité est défini par la relation f' Q = a o# a représente la largeur du pic pour 0,707 A. a Dans les dispositifs connus de ce genre on utilise un résonateur ayant un très bon coefficient de surtension Q, inséré dans une branche d'un pont classique (type Meacham). Une impédance, non linéaire, dans l'une des autres branches du pont permet d'éviter que l'amplitude croisse trop et provoque la destruction des composants. De plus si l'amplitude augmente trop, les signaux électriques délivrés par l'ensemble du circuit oscillant, ne sont plus sinusoldaux. Les résonateurs dont le facteur de qualité Q confère de bonnes performances aux oscillateurs sont généralement du type cristal piézo-électrique. Ces cristaux doivent être taillés avec une grande précision, ce qui les rend tres onéreux. Leur fréquence de résonance est comprise entre quelques kilohertz et plusieurs centaines de mégahertz et leur facteur de qualité est de l'ordre de 105 pour une impédance, de quelques ohms à quelques kilo-ohms Si, pour en réduire le coût, ces résonateurs sont taillés avec des tolérances d'usinage moyennes, leur facteur de qualité Q diminue et, pour obtenir un circuit oscillant ayant de bonnes caractéristiques, il faut alors faire appel à des courants plus importants ce qui nécessite l'emploi de composants électroniques plus onéreux et fait perdre le gain réalise sur la taille du résonateur. L'invention a pour but d'entreteniravec une grande précision les oscillations d'un résonateur ayant un facteur de qualité moyen 104 et présentant une forte impédance à la résonance, tout en utilisant peu de composants électroniques. Le dispositif suivant l'invention est réalisé à partir de composants ayant des caractéristiques linéaires. Il comprend des moyens d'asservissement en amplitude du courant d'excitation appliqué sur le résonateur. Il est réalisé au moyen d'un amplificateur à contrôle automatique de gain, qui comporte plusieurs sorties de courants dont les phases et amplitudes sont adaptées pour compenser les composantes gênantes de l'impédance du résonateur. L'un de ces courants sert à exciter le résonateur par une de ses électrodes tandis que les autres courants sont ramenés sur une borne, dont le potentiel est voisin de la masse, reliée à l'autre électrode du résonateur. Outre l'amplificateur dont l'entrée est maintenue à un potentiel voisin de la masse, le dispositif comprend un circuit de commande du gain de l'amplificateur qui réalise l'asservissement de l'amplitude en favorisant, au moyen de filtres, une amplitude donnée dans une bande de fréquence déterminée. Ainsi reliée, l'amplificateur et le résonateur forment un circuit bouclé qui oscille avec grande précision à une fréquence très voisine de la fréquence de résonance propre du résonateur. Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, un mode de réalisation du dispositif. La figure l est un schéma de principe et la figure 2 un exemple de réalisation conforme à la présente invention, mais simplifié à un seul courant de compensation. Tel que représenté, figure 1, un résonateur 1 peut être électriquement défini, au voisinage de sa fréquence de résonance propre, par une self Ll, une résistance R1 et une capacité C1, en série. En fait, un générateur n'étant jamais parfait, une capacité C en parallèle sur la branche résonante représente o une des composantes parasites de l'impédance du résonateur. Ces composantes gênantes sont éliminées par des courants de compensation, par exemple il et i2, dont on fait la sommation au point N du circuit. La nature et le nombre de ces courants de compensation, élaborés par un amplificateur 61, sont déterminés en fonction des caractéristiques du résonateur. En régime dynamique, le point N se trouve à un potentiel voisin de celui de la masse afin de réduire l'influence des capacités parasites sur le résonateur. L'amplificateur maintient constante l'amplitude des oscillations grâce à un contrle automatique de gain. L'accrochage de l'oscillateur sur la fréquence désirée est obtenu par un filtrage approprié intervenant sur la commande 6 du contrle automatique de gain. Ce filtrage peut être fait par des filtres actifs ou passifs. L'étage d'entrée de l'amplificateur (figure 2) est constitué par un amplificateur opérationnel 2, découplé de façon classique par une capacité 3, et dont le gain est défini par une résistance 4. L'entrée non inverseuse 22 de cet ampli est mise à la masse afin de maintenir le noeud N du circuit à un potentiel voisin de celle-ci. La sortie 21 de cet ampli est reliée à l'entrée inverseuse 51 d'un second amplificateur, différentiel 5, à contrôle automatique de gain et à sorties symétriques en courant 52-53. L'entrée 54 de cet ampli étant reliée à la masse au travers d'une capacité 14. Le rapport des résistances 81 et 91 ainsi que la capacité 7 fixent le niveau et la phase du courant de compensation il par rapport au courant d'alimentation io du résonateur piézoélectrique 1. La sortie 52, correspondant au courant d'excitation io , est reliée d'une part à une borne du résonateur et d'autre part au circuit 6 de commande du centrale automatique de gain. La sortie 53, correspondant au courant de compensation il, est reliée à un noeud N du circuit. Ce noeud N est d'autre part en liaison avec l'entrée 23 de l'amplificateur opérationnel 2 et avec l'autre borne du résonateur piézo-électrique 1. Dans le cas particulier de la figure 2, le courant traversant la composante résistive R1 de l'impedance du résonateur n'est pas compensée, seul le courant traversant la branche capacitive CO est compensé. Lorque le circuit ainsi défini oscille, si pour une cause extérieure l'amplitude du signal issu du résonateur varie, le courant dans la branche 9 du circuit varie aussi. Par exemple, si l'amplitude augmente, le potentiel lLo à l'entrée o du circuit de commande 6 croit également et son potentiel de sortie, applique sur l'entrée centrale automatique de gain de l'amplificateur 5, augmente , ce qui a pour effet de diminuer le gain de cet amplificateur et donc de ramener l'amplitude du signal à sa valeur initiale. Si c'est la fréquence du résonateur qui varie, la fréquence au paint Â varie également et le potentiel de sortie du circuit de commande 6 varie aussi. Ainsi, lorsque la fréquence varie dans une certaine bande de fréquence autour de la fréquence propre, ce potentiel décroît et assure un gain important de manière à rester accroché sur cette harmonique. En dehors de cette bande de fréquences ce potentiel augmente et le gain de l'amplificateur 5 diminue. Ce dispositif d'excitation pour circuit oscillant permet d'obtenir des oscillations stables en amplitude et fréquence même avec un résonateur, type piézo-électrique, ayant un coefficient de surtension médiocre et présentant une grande impédance à la résonance. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'excitation pour, à partir d'un résonateur présentant une impédance encore importante à la résonance, obtenir des oscillations électriques de très grande stabilité en fréquence, caractérisé par - un amplificateur à centrale automatique de gain à sorties multiples en courants, adaptés pour compenser les composantes gênantes de l'impédance du résonateur, et dont l'entrée est maintenue à un potentiel voisin de la masse, - un circuit de commande du gain de l'amplificateur réalisant l'asservissement de l'amplitude en favorisant, au moyen de filtres, une amplitude donnée dans une bande de fréquences déterminées, - et par le fait que les courants de compensation sont ramenés sur un noeud électrique (N) relié d'une part à l'entrée de l'amplificateur et d'autre part à une borne d'excitation du résonateur. 2 - Dispositif d'excitation, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'étage d'entrée de l'amplificateur est un amplificateur opérationnel, et que l'étage de sortie est à sorties différentielles. 3 - Dispositif d'excitation, selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bande de fréquences déterminées est sélectionnée indifféremment par un filtre actif ou un filtre passif. 4 - Dispositif d'excitation, selon revendications l à 3, caractérisé en ce que le résonateur est du type cristal piézoélectrique taillé.