Brevet FR2538633A1 — publié le 19840629

Oscillateur haute fréquence à défaut d'isochrcnismne compensé. La présente invention concerne un oscilla- teur haute fréquence du type comprenant, monté dans une enceinte étanche, un résonateur piézoélectrique associé à au moins deux électrodes excitatrices produisant un champ électrique dans la partie active du cristal pié- zoélectrique, des moyens pour appliquer aux électrodes d'une part une puissance électrique d'excitation du cristal selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence et d'autre part une puissance électrique principale de chauffage interne pour exciter le cristal selon un mode, un partiel ou une vibration anharmonique-différents du mode utile choisi pour déter- miner une référence de fréquence, la puissance électri- que principale de chauffage interne étant régulée à l'aide d'un capteur de température situé sur le résona- teur ou au voisinage de celui-ci, afin de maintenir la température du résonateur en permanence au point d'in- version du cristal. Une telle structure d'oscillateur est dé- crite par exemple dans la demande de brevet français n O 79 18553 intitulée "oscillateur haute fréquence au- tothermostaté", et du fait que la puissance électrique de chauffage est appliquée directement sur le résona teur, permet de limiter la dépense d'énergie nécessaire au fonctionnement de l'oscillateur L'oscillateur peut alors ne plus être équipé que d'un thermostat rudimen- taire réglé à une température nettement inférieure à la température d'inversion du cristal du résonateur, par exemple à 50 'C si le point d'inversion (PI) du cris- tal est de 85 C, ou à 350 C si le Pl du cristal est de 770 C. Toutefois, pour que la stabilité de la vibration devant servir de référence de fréquence soit suffisamment importante, il est nécessaire que le dé- faut d'isochronisme, encore dénommé effet amplitude- fréquence ou effet A F soit le plus faible possi- ble et que le découplage entre les deux vibrations choi- sies pour la référence de fréquence et pour le chauffa- ge interne soit le plus important possible. Ces conditions ne sont pas toujours réali- sables en pratique Ainsi, il est par exemple souvent nécessaire de bâtir un oscillateur autour d'un résona- teur dont le cristal est d'une coupe à simple rotation, telle que la coupe AT En effet, ce type de coupespré- sente certains avantages qui sont parfois déterminants, tels que leur facilité de fabrication, leur faible coût, leur faible défaut d'hystérésis ou le fait que le point d'inversion de leur caractéristique température-fréquen- ce puisse être élevé (par exemple supérieur à 800 C) Or, un cristal de coupe AT n'est pas particulièrement corri- gé en défaut d'isochronisme et le découplage entre les différentes vibrations est mal réalisé. La présente invention a ainsi pour but de permettre la réalisation d'un oscillateur qui présente les avantages du chauffage interne et de l'autothermos- tatisation (démarrage rapide, dépense énergétique rédui- te, utilisation d'uin; thermostat rudimentaire) et simul- tanément présente une variation de fréquence, liée aux effets -A F, qui soit réduite au minimum. La présente invention a encore pour but de permettre l'amélioration des performances aussi bien des oscillateurs utilisant des cristaux à simple rota- tion (par exemple de coupe AT ou BT) que des oscilla- teurs utilisant des cristaux à double rotation (par exemple de coupe SC). Ces buts sont atteints grâce à un oscilla- teur HF du type mentionné en tête de la description qui, conformément à l'invention, comprend en outre des moyens 3. pour réguler la puissance électrique d'excitation du cristal selon Le mode utile dans une proportion prédé- terminée et constante par rapport à la puissance élec- trique principale de chauffage de manière à réaliser, par le défaut d'isochronisme dû à la vibration du cris- tal selon le mode utile choisi, une compensation de l'ef- fet amplitude-fréquence indirect produit sur la fréquen- ce du mode utile par la vibration destinée à produire le chauffage interne principal. Du fait que la puissance électrique de chauffage interne appliquée au cristal sur le mode vi- bratoire de chauffage est régulée par un capteur de tem- pérature, les variations de cette puissance électrique de chauffage entraînent, par effet amplitude-fréquence indirect, une Variation de la fréquence du mode utile de référence de fréquence Afin de compenser ces varia- tions de fréquence induites et conserver une stabilité de la fréquence du mode utile de référence de fréquence, il est proposé selon la présente invention de réaliser des variations volontaires de la puissance électrique d'excitation du cristal selon le mode utile Ces varia- tions volontaires de puissance créent par l'effet ampli- tude-fréquence direct des variations de la fréquence du mode utile de référence de fréquence, lesquelles variations peuvent s'opposer aux variations de fréquence induites par l'effet amplitude-fréquence indirect dû-à la présen- ce d'une vibration de chauffage interne Pour cela, il convient de mettre en oeuvre des moyens pour réaliser une régulation concomitante des puissances électriques d'excitation sur le mode utile et de chauffage interne principal. Naturellement, pour cela, il convient de connaître, pour un cristal donné, la loi de variation de la fréquence de vibration sur un mode utile en fonction de la puissance électrique appliquée pour provoquer une 4. vibration de chauffage, ainsi que la loi de variation de la fréquence de vibration sur le mode utile en fonc- tion de la puissance électrique appliquée pour provo- quer cette vibration. Ces lois ont été déterminées expérimenta- lement et sont présentées notamment dans la publication de J P Valentin, C P Guérin et R J Besson intitulée "indirect amplitude-frequency effect in resonators working on two frequencies" et parue dans "Proceedings 35th Annual Frequency Control Symposium" 1981. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, le cristal piézoélectrique est de coupe AT, est dimensionné et excité pour présenter une fré- quence utile de vibration sur le mode partiel 5 ainsi qu'une fréquence de vibration de chauffage interne prin- cipal à une fréquence différente de la fréquence utile, sur le mode partiel 3, et la puissance électrique inter- ne totale appliquée aux électrodes du résonateur, régu- lée en fonction des signaux fournis par ledit capteur de température, est répartie à proportion d'environ 70 % sur le mode de vibration partiel 3 et d'environ 30 % sur le mode de vibration partiel 5, la répartition de puis- sance étant effectuée par un réglage préalable des moyens de régulation de l'oscillateur. Selon un autre mode particulier de réali- sation de l'invention, le cristal piézoélectrique est de coupe SC, est dimensionné et excité pour présenter une fréquence utile de vibration sur le mode partiel 3 (mode C) ainsi qu'une fréquence de vibration de chauf- fage interne sur le-mode partiel 3 (mode B), et pour une variation A PB donnée de la puissance électrique interne appliquée aux électrodes du résonateur sur le mode B, des moyens sont prévus pour faire varier, dans le sens inverse, la puissance électrique appliquée sur le mode C à raison d'environ 28,5 % de la variation LPB de la puissance électrique interne appliquée sur le mo- de B. Dans ce cas, le capteur de température comprend avantageusement deux électrodes coopérant avec le cristal piézoélectrique pour produire une vibration du cristal sur le mode B, différente de la vibration utilisée pour le chauffage interne principal, laquelle vibration différente sur le mode B constitue ainsi un mode thermométrique. De façon plus particulière, les puissan- ces électriques d'excitation sur le mode utile et de chauffage interne principal sont appliquées au moyen de deux boucles d'oscillation distinctes et la puissance électrique d'excitation sur le mode thermométrique est appliquée au résonateur au moyen d'une troisième boucle d'oscillation associée à une paire d'électrodes distinc- tes de la ou des paires d'électrodes associées aux deux premières boucles d'oscillation, ladite puissance élec- trique d'excitation sur le mode thermométrique restant négligeable par rapport à la puissance de chauffage in- terne principal. L'invention concerne également d'une fa- çon générale un oscillateur HF comprenant, monté dans une enceinte étanche, un résonateur piézoélectrique constitué par au moins un cristal piézoélectrique asso- cié à au moins deux électrodes excitatrices produisant un champ électrique dans la partie active du cristal à partir d'une source d'alimentation régulée dont la ten- sion est susceptible de varier dans le temps, la sour- ce d'alimentation fournissant une puissance électrique d'excitation du cristal selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence. Un tel oscillateur HF est destiné à cons- tituer une référence de fréquence stable mais reste sou- mis, du fait des variations de tension irréductibles de la source d'alimentation régulée à des fluctuations ou des dérives de fréquence provoquées par le défauot d'iso- chronisme inhérent à tout cristal. L'invention vise à améliorer la stabilité d'un oscillateur de ce type et à l'affranchir des varia- tions de tension de la source d'alimentation régulée. Ceci est possible grâce au fait qu'us os- cillateur HF du type précité comprend en outre des moyens pour appliquer au résonateur une fraction prédé- terminée de la puissance électrique d'excitation appli- quée aux électrodes en relation avec une vibration sur un mode utile, afin de produire une vibration sur un autre mode de vibration prédéterminé du résonateur de manière à réaliser par effet amplitude-fréquence indi- rect sur la vibration de mode utile une compensation du défaut d'isochronisme dû aux variations de la puissance électrique d'excitation appliquée aux électrodes. Selon une caractéristique de la présente invention, les puissances électriques d'excitation sur le mode utile, et de compensation par effet amplitude- fréquence indirect sont appliquées au moyen de deux bou- cles d'oscillation distinctes alimentées à partir d'un même régulateur de tension. De façon plus particulière, la répartition des puissances électriques appliquées aux deux boucles d'oscillation est réalisée à l'aide d'un pont de résis- tances associé le cas échéant à un potentiomètre linéai- re et interposé entre le régulateur de tension et les boucles d'oscillation. Le régulateur de tension comprend deux sources d'alimentation et un comparateur. Dans le cas o le cristal piézoélectrique est de coupe AT, est dimensionné et excité pour présen- ter une fréquence utile de vibration sur le mode partiel 5 ainsi qu'une fréquence de vibration de compensation sur le mode partiel 3 la-puissance électrique-interne totale appliquée aux électrodes du résonateur est répar- tie par les moyens de fractionnement à proportion d'en- viron 30 % sur le mode de vibration partiel 5 et d'envi- ron 70 % sur le mode de vibration partiel 3. Dans le cas o le cristal piézoélectrique est de coupe SC, est dimensionné et excité pour présen- ter une fréquence utile de vibration sur le mode partiel 3 (mode C) ainsi qu'une fréquence de vibration de compen- sation sur le mode partiel 3 (mode B), des moyens sont prévus pour faire varier en sens inverse et de façon si- multanée les puissances électriques appliquées sur le mode C, la puissance appliquée sur le mode B variant dans une proportion d'environ 3, 5 fois la variation AP, de la puissance électriqueinterne appliquée sur le mode C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui fait sui- te de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnée en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure I représente le schéma élec- trique d'un oscillateur HF selon l'invention avec une boucle de régulation de la puissance de chauffage du cristal et une boucle de régulation de la puissance électrique appliquée au cristal pour le faire vibrer sur un mode utile de référence de fréquence, la figure 2 représente le schéma élec- trique d'un oscillateur HF analogue à celui de la figu- re 1 dans lequel le capteur de température est constitué par le cristal lui-même, associé à une boucle d'oscilla- *tion supplémentaire, et la figure 3 représente le schéma élec- trique d'un oscillateur HF-alimenté par une alimentation stabilisée et comprenant une boucle de compensation de -l'influence des variations de la tension de l'alimenta- tion stabilisée. Si l'on se reporte à la figure 1, on voit un oscillateur HF bâti autour d'un résonateur constitué par un cristal piézoélectrique I associé à deux électro- des 3,4 Une première boucle d'oscillation 10 comprend, montés en série entre le collecteur et la base d'un transistor 15, un condensateur réglable 18, le résona- teur 1,3,4, une inductance Il et un condensateur de dé- couplage 12 Un condensateur 13 est en outre monté entre la base et l'émetteur du transistor 15 tandis qu'un con- densateur 14 est monté entre l'émetteur et le collecteur du transistor 15 L'ensemble des éléments Il à 15,du résonateur 1,3,4 et du condensateur réglable 18 consti- tue un circuit sélectif qui, grâce à ce dernier élément réglable, peut être centré de façon très précise sur une fréquence prédéterminée, par exemple 5 M Hz L'émetteur du transistor 15 est relié par un amplificateur 16 à gain variable, suivi d'un amplificateur de puissance 19, à une borne de sortie d'un signal de référence de fré- quence Un circuit de détection 17 est en outre connec- * té entre la sortie de l'amplificateur 16 et une ligne de polarisation reliée à l'émetteur du transistor 15 pour constituer, avec l'amplificateur 16, un circuit de * commande automatique de gain La puissance initiale de la'boucle d'oscillation 10 est réglée par le gain choisi pour l'amplificateur 16. Une seconde boucle d'oscillation 20 com- prend, en série avec le résonateur 1,3,4, une inductance 21 et un condensateur de découplage 22, le circuit série 1,3, 4; 21 et 22 étant connecté entre la base et le col- lecteur d'un transistor 25 Un condensateur 23 est monté entre la base et l'émetteur du transistor 25 tandis qu'un condensateur 24 est monté entre le collecteur et l'émet- teur du transistor 25 L'ensemble des éléments 1,3,4; 21 à 25 constitue un circuit sélectif centré sur une fréquence différente de la fréquence du circuit sélec- tif de la boucle 10, Un circuit de commande automatique de gain comprenant un amplificateur 26 à gain variable et un circuit de détection 27 est connecté entre l'émet- teur et la base du transistor 25. La base du transistor 25 est en outre re- liée à un circuit de régulation qui comprend une source de tension d'alimentation de référence 41 reliée à un pont de résistances 2,42,43,44 associé à un comparateur 45 Le pont de résistances comprend deux résistances 43, 44 montées en série entre l'alimentation 41 et la masse, ainsi qu'une résistance ajustable 42 et une thermistance 2 également montées en série entre l'alimentation 41 et la masse La thermistance 2 est disposée au voisinage du cristal I et constitue un capteur de température. Les entrées du comparateur 45 sont reliées aux points communs de connexion entre les résistances 43 et 44 d'une part et entre la résistance ajustable 42 et la thermistance 2 d'autre part, tandis que la sortie du comparateur 45 est connectée à la sortie du circuit de détection 27 et à la base du transistor 25 La résistan- ce ajustable 42 permet d'équilibrer le pont de mesure 42,2,43,44 pour une température prédéterminée, par exem- ple la température du point d'inversion du cristal de quartz 1 Une variation de température enregistrée par la thermistance 2 se traduit par l'apparition d'une ten- sion à la sortie du comparateur 45 Cette tension est répartie à l'aide du pont de résistances 46, 47 sur les lignes de polarisation des transistors 15,25 La résis- tance 46 et la résistance ajustable 47 sont montées en- tre la sortie du comparateur 45 et la masse, -le point commun de connexion des résistances 46,47 étant relié à la base du transistor 15 Comme on peut le voir, les va- riations de la puissance électrique appliquée sur la boucle d'oscillation 10 à partir du point commun de connexion des résistances 46,47 constituent une fraction des variations Le la puissance électrique appliquée sur la boucle d'oscillation 20 qui constitue une boucle de régulation en fonction de la température La puissance initiale de chaque boucle d'oscillation 10,20 est réglée par le gain choisi pour les amplificateurs 16,26 Pour chaque boucle d'oscillation 10,20, le circuit de contrô- le automatique de gain 16,17 respectivement 26, 27 ampli- fie le signal disponible sur l'émetteur du transistor correspondant 15,25 et le détecte, et la tension résul- tante permet de contr 6 ler la polarisation du transistor correspondant 15,25. La résistance ajustable 47 permet de ré- gler le rapport de variation de puissance demandée à chaque oscillateur 10, 20 en cas de variation de la tem- pérature à laquelle doit être maintenu le cristal de quartz 1 Ce rapport est réglé initialement une fois pour toutes. On relèvera que les condensateurs 12,22 connectés à la base des transistors 15,25 des oscilla- teurs 10,20 ont simplement pour rôle de découpler les circuits de polarisation de chacun de ces transistors ,25, Les circuits de la figure I qui correspon- dent à un fonctionnement du résonateur 1,3,4 sur deux fréquences différentes avec des puissances qui sont con- tr 8 lées pour chacune des boucles d'oscillation 10,20 peuvent s'appliquer à des cristaux à simple rotation, par exemple de coupe AT ou BT ou à double rotation, par exemple de coupe SC Dans ce dernier cas, il con- vient toutefois d'insérer un circuit inverseur supplé- mentaire 48 entre le point commun des résistances 46, 47 et la ligne de polarisation du transistor 15 de la boucle d'oscillation 10 En effet, comme cela sera expliqué plus en détail ci-dessous les variations de la fréquence métrologique en fonction de la puissance d'exci- tation de ce mode métrologique, liées à 1 'effet A F direct, et les Variations de cette fréquence liées à l'effet A F. indirect induit par les variations de la pulissance du mode du compensation, sont linéaires ét demême sens pour une coupe SC. Dans le cas du schéma de la figure l, les deux boucles d'oscillation 10,20 peuvent utiliser le même résonateur 1,3,4 comportant des électrodes com- munes 3,4 Il est toutefois également possible d'utilî- ser deux paires d'électrodes différentes pour les deux' boucles d'oscillation 10,20 chacune des paires d'élec- -trodes coopérant avec le même cristal 1. Le schéma de la figure 2 est similaire a celui de la figure I mais est plus spécifiquement adap- té aux cristaux de coupe SC Les éléments semblables au circuit de la figure I portent les mgmes références sur les figures l et 2 on voit ainsi que les deux boucles d'oscillation 10,20 sont tout à fait semblables sur les deux figures Toutefois, sur la figure 2, le capteur de température n'est pas constitué par une thermistance, mais par une paire d'électrodes 5,6 coopérantavec une partie 7 du cristal 1 pour former un résonateur 5,6,7. Ce résonateur 5,6,7 est incorporé dans une boucle d'os- cillation'30 dont les éléments 31 à 37 correspondent respectivement aux élément-s Il à 17 de la boucle d'oscil- lation 10 ou aux éléments 21 à 27 de la boucle d'oscil- lation 20 Toutefois, le-résonateur 5,6,7 est adapté pour présenter des vibrations sur un mode B particuliè- rement sensible à la température, et différent du mode B utilisé pour le chauffage interne du cristal et pour la régulation de température au sein de la boucle d'os- cillation 20 Par ailleurs, la puissance électrique d'excitation sur le mode B thermiométrique "appliquée par la boucle d'oscillation 30 est déterminée de manière à rester négligeable par rapport à la puissance de chauf- fage interne principal appliquée par la boucle d'oscil- lation 20. La sortie de l'amplificateur 36 à gain réglable est appliquée par l'intermédiaire d'un circuit 38 de conversion fréquence-tension à l'extrémité de la résistance ajustable 42 non reliée à l'alimentation 41, -de manière à fournir au sein du pont de mesure 42,43, 44,38 un signal qui déséquilibre celui-ci lorsque la température du cristal diffère de la température prédé- * 1 o terminée choisie qui'correspond par exemple au point d'inversion La régulation du chauffage interne par la boucle d'oscillation 20 et la compensation dans la bou- cle d'oscillation 10 de l'effet amplitude-fréquence in- direct produit par la boucle d'oscillation 20 sur la vi- bration de référence du cristal s'effectuent de la m 9 me manière que dans le cas de La figure I par le pont divi- seut 46, 47. On décrira maintenant des exemples d'uti- lisation des circuits des figures I et 2. Avec un circuit du type de celui de la fi- gure 1, il est possible d'utiliser en particulier des cristaux de quartz de coupe AT qui présentent un défaut d'isochronisme relativement grand. La fréquence métrologique de référence peut par exemple correspondre à la vibration de cisail- lement d'épaisseur à 5 M Hz en partiel 5, dite 5 M Hz P 5. La puissance électrique appliquée à cette vibration peut être relativement élevée par exemple de l'ordre de 4 m W. On peut choisir comme deuxième vibration réalisant la plus grande partie du chauffage interne le partiel 3 du mode fondamental à 3 M Hz, c'est-à-dire le 3 M Hz P 3 La puissance électrique appliquée pour cette vibration de chauffage est par exemple de l'ordre de m W Cette puissance électrique appliquée par la bou- cle d'oscillation 20 est régulée par le capteur de température 2 situé au niveau du capot de l'oscillateur ou de préférence au niveau du résonateur, par exemple sur la tranche du résonateur ou sur la couronne du ré- sonateur dans le cas d'une suspension monolithique à électrodes non adhérentes au cristal présentant une cou- ronne de support La régulation de température permet de maintenir la température du résonateur en permanence à une valeur prédéterminée, par exemple celle correspon- dant à son point d'inversion qui peut être de l'ordre de 85 "C. Les variations de puissance appliquées sur la boucle d'oscillation 20 à 3 M Hz P 3 entraînent, par ef- fet amplitude-fréquence indirect une variation de la fré- quence de l'oscillateur 10 à 5 M Hz PS Pour une coupe AT, la variation relative de fréquence de la vibration à M Hz P 5 est de l'ordre de quelques 10 6 par milliwatt de variation de la puissance de l'oscillateur 20 à 3 M 1 Hz P 3. Par le montage représenté sur la figure 1, la puissance du mode métrologique 5 M Hz P 5 varie d'une manière qui peut compenser, par l'effet amplitude-fré- quence direct (ou défaut d'isochronisme), l'effet ampli- tude-fréquence indirect dû aux variations de la puissan- ce de la vibration de chauffage à 3 M Hz P 3 Il a été déterminéexpérimentalement que la variation de la fréquence métrologique 5 M Hz P 5 en fonction de la puissance de la vibration de chauffage 3 M Hz P 3 (effet A F indirect) et la variation de la fré- quence métrologique 5 M Hz P 5 en fonction de sa propre puissance (effet A F direct) sont linéaires et présen- tent des pentes de signe différent Ainsi, pour l'effet AF indirect, on a mesuré une pente f voisine de 6 f 2,5 10 /m W (en valeur relative), et cette pente ne dépend que très légèrement de la puissance de fonction- nement de l'oscillateur à 5 M Hz PS Ainsi, la pente f =-2,7 10 6/mw pour une puissance de 2 r W appliquée à la vibration 5 M Hz P 5 et la pente 6 f =e 2,3 10-6/m W Àf pour une puissance de 100 r W appliquée à la vibration M Hz P 5 Pour l'effet AF direct, on a mesuré une pente de + 5 10 6/m W, ce qui correspond donc à une pente qui est approximativement le double de celle correspondant à l'effet AF indirect, et de sens inverse, ce qui permet de réaliser une compensation aisée par le simple pont diviseur 46, 47 et sans circuit inverseur 48. A titre d'exemple, si le point de fonction- nement moyen de l'oscillateur 20 à 3 M Hz P 3 correspond à l Om W, et si le capteur de température 2 enregistre une baisse de la température du cristal 1, le système élec- tronique de compensation qui comprend notamment le com- parateur 45 commande le circuit réglant la puissance de la boucle d'oscillation 20 du 3 M Hz P 3 pour augmenter la puissance de 0,1 m W par exemple, entraînant par effet AF indirect une diminution de la fréquence de sortie de la boucle d'oscillation 10 telle que Aff( 5 M Hz) 2,3 10-7. f -( 5 M Hz) Cette variation de fréquence doit âtre compensée par une augmentation de la puissance de l'os- cillateur 10 à 5 M Hz P 5 telle qu'elle entraîne une aug- mentation de la fréquence de sortie du 5 M Hz P 5 équiva- lente à la diminution précédente La puissance de l'os- cillateur 10 du 5 M Hz P 5 doit ainsi augmenter de -7 2,3 107 = 0,046 m W Globalement, pour obtenir un 8 f_ 106 sur le mode métrologique 5 M Hz P 5 il faut répartir la puissance interne de la façon suivante: _ 68,5 % sur l'oscillateur 20 à 3 M Hz P 3 et 1,46 0,46 = 31,5 % sur l'oscillateur 10 à 5 M Hz P 5. 1,46 On a montré (cf "Internal Heating and Thermal Regulation of Bulk quartz resonators" AFCS 1980) que pour un résonateur très bien isolé thermiquement l'augmentation de température par milliwatt de puissan- ce.interne apoliquée était d'environ 2,5 C/m W (ou encore l'augmentation de puissance interne appliquée nécessai- re par degré de température est: 0,4 m W/ C) Pour un écart de température entre la température du P I et la température extérieure de I 00 QC il faut donc t 40 m W de puissance interne appliquée sur le cristal de quartz. Le défaut d'isochronisme d'une coupe A T est trop im- portant pour que l'on puisse appliquer une telle puis- sance, il faudra donc nécessairement fonctionner avec un thermostat rudimentaire centré à 4 50 'C Pour at- teindre un point d'inversion de 85 C il suffit alors de ( 85-50)x 0,4 = 14 m W que l'çn peut répartir à environ Z sur l'oscillateur 20 du 3 M Hz P 3 et 30 % sur l'oscil- lateur 10 du 5 M Hz P 5 Les lois des effets AF et IAF étant linéaires, cette répartition est la même quel que soit le point de fonctionnement du résonateur; la répar- tition de puissance est ainsi établie une fois pour tou- tes par un réglage préalable de la résistance 47 de l'oscillateur ainsi compensé. Il faut noter qu'un cristal de coupe BT peut être utilisé dans des conditions assez proches de celles d'un cristal de la-coupe AT pour réaliser un os- cillateur à défaut d'isochronisme compensé. Pour la coupe AT comme pour la coupe BT le fonctionnement décrit est possible dans une large gamme de température, typiquement 40 C à 85 C, ces limites pouvant d'ailleurs être dépassées Dans cette gamme de température et pour ces deux coupes la stabi- -7 lité de fréquence obtenue peut atteindre quelques 107 en Valeur relative, le résonateur étant chauffé par puissance interne et à l'aide d'un thermostat rudimen- taire fonctionnant autour de 500 C. Une autre possibilité de compensation de l'effet A F indirect par l'effet A F est possible avec des cristaux de coupe SC En effet, la coupe SC (à double rotation) peut dans certains cas âtre préfé- rée aux autres coupes traditionnelles et en particulier à la coupe AT pour les raisons suivantes elle est moins sensible à l'accélération. elle présente moins d'effet dynamique de température, permettant ainsi une mise en température plus rapide lors de la mise en marche de l'oscillateur elle présente un effet A F plus faible. elle ne présente pas de modes couplés la compensation thermique autour du P I. est meilleure qu'avec un cristal de coupe AT Par ailleurs, pour une coupe SC, il existe un mode (dit mode B) très sensible à la température et pouvant de ce fait servir de capteur de température de la partie résonnante, de la manière décrite en référence à la figure 2. Comme dans le cas de la coupe A T l'uti- -lisation du chauffage interne reste limité pour une cou- pe SC En effet, le défaut d'isochronisme de cette cou- pe reste non négligeable, bien qu? environ 7 fois plus faible que pour une coupe AT On atteint cependant, par chauffage interne, sans thermostat donc avec une impor- tante économie d'énergie, de-s stabilités de fréquence de quelques 10-6 en valeur relative sur la gamme-40 C- à + 809 C Les oscillateurs H F autothermostatés à coupe SC occupent donc le même créneau que les oscilla- teurs non thermostatés compensés par thermistances (TCXO) avec l'avantage de ne pas utiliser de diode à capacité variable susceptible d'entraîner une dégrada- tion de la stabilité à court terme et nécessitant d'au- tre part une référence de tension continue très précise. Les performances d'un oscillateur HF uti- lisant un cristal de coupe SC peuvent ainsi être d'un très haut niveau si un montage conforme à l'invention tel que celui de la figure 2 est adopté. On peut par exemple choisir comme fréquen- ce métrologique le 5 M Hz P 3 (mode C) de la coupe SC et comme fréquence de vibration de chauffage interne le ,47 M Hz P 3 (mode B) ou encore le 9, 11 M Hz PS (mode B), la'fréquence fondamentale en mode C étant ici choisie égale à 1,66 M Hz L'expérience montre que les effets AF (relatif au 5 M Hz P 3) et AF indirect (relatif à l'ac- tion du 5,47 M Hz P 3 (mode B) sur le 5 M Hz P 3)sont tous deux linéaires et de même sens Une compensation néces- site donc la présence d'un circuit inverseur 48. Un exemple de fonctionnement est le sui- vant: Pour un cristal de coupe SC devant être maintenu à son P I situé à 80 C, on applique une puissance de 39 m W sur le mode B (boucle d'oscillation 20) et Im W sur le mode C (boucle d'oscillation 10) la somme, 40 m W, correspond à la possibilité, en chauffage interne et sans thermostat, d'établir une différence de température de 100 C entre le cristal de quartz et la température extérieure à l'oscillateur La température extérieure est donc ici considérée comme égale à-20 C Si la tem- pérature extérieure augmente, il faut diminuer la puis- sance interne sans entraîner de variation de fréquence notable Pour une diminution de Im W de la puissance de -7 l'oscillateur 20 (mode B) (entraînant un & f # 2 10 7) f il faut compenser par une augmentationd'environ 2 MW m W de la puissance de l'oscillateur 10 (mode C): en effet, la pente de l'effet AF du 5 M Hz P 3 est t + 2 010 7/m W. Si l'on applique sur le mode B une puissance à peu près nulle (donc diminution de 39 m W) il faut appliquer sur le mode C une puissance égale à Im W + 2 x 39 = 12,1 m W. Cette puissance interne correspond à une différence de tempéra- ture entre le:cristal dequartz et l'extérieur de 2,5 x 12,1 soit 3 Q O C Le quartz étant maintenu à son Pl ( 80 C), l 8 la température extérieure est alors P 50 C La gamme de-température pour laquelle le système fonctionne est donc; 20 C à + 50 C, sans thermostat, et avec une puissance interne maximum de 40 m W Dans ces conditions, le cristal de quartz reste à son P I à 80 C Avec le seul chauffage interne de la boucle d'oscillateur 20, sans thermostat et sans compensation de l'effet AF par l'effet IAF, la stabilité de fréquence d'un résonateur -6 isolé de coupe SC est de quelques 10 6 sur la gamme con- sidérée; 20 C à + 509 C Dans les mêmes conditions mais avec la compensation due à la présence des éléments 46, 47, 48, la stabilité de fréquence est améliorée d'un facteur 20 environ et devient donc f 1 10 7. Enfin, dans ce type de fonctionnement, les modes B étant très sensibles à la température (environ Hz/1 C), l'un d'entre eux (par exemple 5,47 M Hz P 3) peut être utilisé comme capteur de la température du ré- sonateur (boucle d'oscillation 30) tandis que l'autre mode B ( 9,11 M Hz P 5) est utilisé pour le chauffage. Dans ce cas, la puissance de la boucle d'oscillation 30 reste négligeable par rapport à celle de la boucle d'oscillation 20 et ne produit pas d'effet AF indirect sensible sur la fréquence métrologique de la boucle d'oscillation 10 La puissance de la boucle d'oscillation 30 peut être par exemple de l'ordre de quelques dizaines de microwatts lorsque la puissance de la boucle d'oscillation 20 est de l'ordre de plusieurs milliwatts. Le circuit de la figure 3 montre un oscil- lateur à quartz à défaut d'isochronisme compensé compre- nant deux boucles d'oscillation 110 et 120 coopérant avec un résonateur constitué par un cristal de quartz 101 associé à deux électrodes 103, 104. Les éléments 111 à 119 de la boucle d'os- cillation 110 et les éléments 121 à 127 de la boucle d'oscillation 120correspondent respectivement aux éléments Il à 19 de la boucle d'oscillation 10 et aux éléments 21 à 29 de la bou- cle d'oscillation 20 des circuits des figures I et 2, et ne seront donc pas décrits en détail Toutefois, dans le cas du circuit de la figure 3, il n'est pas prévu de régulation de la température du cristal 101 au niveau du résonateur 101,103,104 Le résonateur, qui n'est pas autothermostaté, est simplement placé de façon classique dans un thermostat extérieur possédant sa propre régulation et non représenté sur la fig 3 Les deux boucles d'oscillation 110,120 qui permettent au cristal 101 de vibrer sur un premier mode de référen- ce de fréquence (boucle 110) et sur un second mode de compensation (boucle 120) n'ont donc pas de r 8 le de régulation de température et contribuent à réduire le défaut d'isochronisme, ou effet AF dû à des variations de la tension d'alimentation de l'oscillateur. Comme cela a été rappelé précédemment, le défaut d'isochronisme ou effet AF (amplitude-fréquence) correspond à une variation de fréquence de l'oscillateur liée à une variation de l'amplitude des oscillations, elle-même liée à une variation de la puissance d'excita- tion du résonateur, cette variation de puissance d'exci- tation pouvant provenir notamment de fluctuations ou de dérives de la source d'alimentation de l'oscillateur. En effet, même en présence d'une régulation de la ten- sion d'alimentation, les oscillateurs HF à quartz de haute stabilité restent sensibles aux fluctuations ou dérives résiduelles de la tension d'alimentation. Le défaut d'isochronisme peut être diminué par le choix d'un cristal taillé de façon particulière par rapport au repère cristallographique, mais les cou- pes à faible défaut d'isochronisme présentent générale- ment d'autres inconvénients, tels que des propriétés thermiques peu intéressantes. Ainsi, il est en général souhaitable d'u- tiliser pour un oscillateur HF de haute stabilité un cristal de quartz de coupe AT dont le défaut d'isochro- nisme pour une vibration 5 M Hz P 5 reste tel que la varia- tion relative de fréquence /f en fonction de la puis- f -6 sance d'excitation est proche de 5 10 6/m W. -La compensation de ce défaut d'isochronis- me peut 8 tre réalisée de façon automatique et permanen- te avec le circuit de la figure 3 o le résonateur 101, 103, 104 fonctionne simultanément sur deux fréquences. La 'première fréquence correspond au mode normal de fonc- tionnement du résonateur et constitue le mode mét-rologi- que qui délivre la fréquence très stable et se trouve produit par la boucle d'oscillation 110 Pour un oscil- lateur 5 M Hz utilisant une coupe AT, ce mode peut être le partiel 5-pour une vibration en cisaillement d'épais- seur. La seconde fréquence produite par la bou- cle d'excitation 120 correspond par exemple dans le cas de la coupe AT au partiel 3, donc à une fréquence sensi- blement égale à 3 M Hz. Les circuits électroniques des boucles d'oscillation 110, 120 sont alimentés à partir du même régulateur de tension 141, de façon que les variations de tension du régulateur induisent des variations de puissance proportionnell essur les deux boucles d'oscil- lation 110, 120 Ceci peut -tre obtenu par un simple pont de résistances disposé entre le régulateur de ten- sion 141 et les boucles d'oscillation 110, 120 Dans le cas d'un cristal de coupe AT, l'effet AF direct du mode M Hz PS et l'effet AF indirect du mode 3 M Hz P 3 sur le mode 5 M Hz P 5 sont linéaires en fonction de la puissance et les pentes des courbes représentant les variations relatives de fréquence en fonction de la puissance sont de signe opposé et respectivement de l'ordre de 5.10 6/m W et 2,5 10-6/m W de sorte que la compensation du défaut d'isochronisme s'effectue automatiquement si toute variation de la tension du régulateur d'alimenta- tion 141 des deux boucles d'oscillation 110, 120 est représentée sensiblement dans la proportion de I à 2 respectivement sur le circuit métrologique 110 et sur le circuit de compensation 120. Comme on le voit sur la figure 3, le régu- lateur de tension 141 peut comprendre deux sources d'alimentation 151, 152 qui sont associées aux boucles d'oscillation 110 et 120 et dont les tensions sont comparées en permanence au moyen d'un comparateur 150 qui est initialement réglé à zéro En cas de variation de l'une ou l'autre des tensions d'alimentation des sources 151 et 152, une tension d'erreur apparait à la sortie du comparateur 150 Cette tension d'erreur est répercutée d'une part directement sur la ligne de pola- risation du circuit de compensation 120 et d'autre part par l'intermédiaire du pont diviseur 146, 149, 147 sur la ligne de polarisation du circuit métrologique 110. La tension d'erreur en sortie du comparateur 150 est ainsi répercutée sur les circuits de polarisation des boucles d'oscillation 110, 120 suivant une proportion indépendante du niveau d'oscillation de chaque oscilla- teur et réglée à l'avance par le choix des valeurs des résistances 146, 149 et du potentiomètre linéaire de réglage fin 147, en fonction des caractéristiques des effets AF direct et AF indirect liés aux modes de vibra- tion choisis pour le cristal 101, de manière que la va- riation de fréquence du mode métrologique reste nulle. Dans le cas o les effets AF direct et AF indirect relatifs aux deux modes de vibration choisis pour le cristal 101 se traduisent par des courbes de variations relatives de fréquence en fonction de la puissance dont les pentes sont de même signe, comme c'est le cas par exemple pour des vibrations sur le mode C et le mode B d'une coupe SC, il suffit de modi- fier le circuit de la figure 3 par l'adjonction d'un circuit inverseur 148 (représenté en pointillés) entre le point milieu du pont diviseur 146,149, 147 et la li- gne de polarisation de la boucle d'oscillation 110. On notera que la réalisation d'un oscilla- teur à effet d'isochronisme compensé tel que celui re- présenté sur la figure 3 peut fonctionner à des niveaux de puissance relativement élevés, ce qui conduit à un rapport signal/bruit élevé, et donc à une grande pureté spectrale La puissance de fonctionnement du mode métro- logique peut par exemple être choisie pour correspondre à un vieillissement nul (soit 80 r W pour un cristal naturel, coupe AT, 5 M Hz e 5). REVENDICATIONS 1 Oscillateur haute fréquence du type comprenant, mon té dans une enceinte étanche, un résona- teur piézoélectrique constitué par au moins un cristal piézoélectrique ( 1) associé à au moins deux électrodes excitatrices ( 3,4) produisant un champ électrique dans la partie active du cristal piézoélectrique ( 1), des moyens pour appliquer aux électrodes ( 3,4) d'une part une puissance électrique d'excitation du cristal selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence et d'autre part une puissance électrique prin- cipale de chauffage interne pour exciter le cristal se- lon un mode, un partiel ou une vibration anharmonique différents du mode utile choisi pour déterminer une ré- férence de fréquence, la puissance électrique principale de chauffage interne étant régulée à l'aide d'un capteur de température ( 2,7) situé sur le résonateur ou au voisi- nage de celui-ci, afin de maintenir la température du ré- sonateur en permanence au point d'inversion du cristal, c a r a c t é r i S é en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 46,47) pour réguler la puissance élec- trique d'excitation du cristal selon le mode utile dans. une proportion prédéterminée et constante par rapport à la puissance électrique principale de chauffage de maniè- re à réaliser, par le défaut d'isochronisme dû à la vi- bration du cristal selon le mode utile choisi, une com- pensation de l'effet amplitude-fréquence indirect pro- duit sur la fréquence du mode utile par la vibration des- tinée à produire le chauffage interne principal. 2 Oscillateur selon la revendication 1,' caractérisé en ce qu'il est disposé dans un thermostat rudimentaire fonctionnant autour d'une valeur voisine de 500 C. 3 Oscillateur selon la revendication I ou la revendication 2, caractérisé en ce que le cristal piézoélectrique ( 1) est de coupe AT, est dimensionné et excité pour présenter une fréquence utile de vibration sur le mode partiel 5 ainsi qu'une fréquence de vibra- tion de chauffage interne principal à une fréquence dif- férente de la fréquence utile, sur le mode partiel 3, et en ce que la puissance électrique interne totale appli- quée aux électrodes ( 3,4) du résonateur, régulée en fonc- tion des signaux fournis par ledit capteur de températu- re ( 2,7), est répartie à proportion d'environ 70 % sur le mode de vibration partiel 3 et d'environ 30 % sur le mode de vibration partiel 5, la répartition de puissance étant effectuée par un réglage préalable des moyens ( 46, 47) de régulation de l'oscillateur. 4 Oscillateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le cristal piézoélectrique ( 1) est de coupe SC, est dimensionné et excité pour présenter une fréquence utile de vibration sur le mode partiel 3 (mode C) ainsi qu'une fréquence de vibration de chauffage interne sur le mode partiel 3 (mode B),-et en ce que pour une variation X PB donnée de la puissance électrique interne appliquée aux électro- des du résonateur sur le mode B, des moyens ( 46,47,48) sont prévus pour faire varier, dans le sens inverse, la puissance électrique appliquée sur le mode C à raison d'environ 28,5 % de la variation A PB de la puissance électrique interne appliquée sur le mode B. Oscillateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le capteur de température ( 7) com- prend deux électrodes ( 5,6) coopérant avec le cristal piézoélectrique ( 1) pour produire une vibration du cris- tal sur le mode B, différente de la vibration utilisée pour le chauffage interne principal, laquelle vibration différente sur le mode B constitue ainsi un mode thermo- métrique. 6 Oscillateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les puissances électriques d'exci- 2538633. tation sur le mode utile et de chauffage interne princi- pal sont appliquées au moyen de deux boucles d'oscilla- tion distinctes ( 10,20) et en ce que la puissance êlec- trique d'excitation sur le mode thermométrique est ap- pliquée au résonateur au moyen d'une troisième boucle d'oscillation ( 30) associée à une paire d'électrodes ( 5,6) distinctes de la ou des paires d'électrodes ( 3,4) associées aux deux premières boucles d'oscillation ( 10, ), ladite puissance électrique d'excitation sur le mo- de thermométrique restant négligeable par rapport à la puissance de chauffage interne principal. 7 Oscillateur haute fréquence comprenant, monté dans une enceinte étanche, un résonateur piézoélec- trique constitué par au moins un cristal piézoélectrique ( 101) associé à au moins deux électrodes excitatrices ( 103, 104) produisant un champ électrique dans la par- tie active du cristal ( 101) à partir d'une source d'ali- mentation régulée ( 141) dont la tension est susceptible de varier dans le temps, la source d'alimentation ( 141) fournissant une puissance électrique d'excitation du cristal selon un mode utile choisi pour déterminer une référence de fréquence, c a r a c t & r i S é en ce qu'il comprend des moyens ( 146,147,149) pour appliquer au résonateur ( 101, 103, 104) une fraction prédéterminée de la puissance électrique d'excitation appliquée aux électrodes en re- lation avec une vibration sur un mode utile, afin de produire une vibration sur un autre mode de vibration prédéterminé du résonateur de manière à réaliser par effet amplitude-fréquence indirect sur la vibration de mode utile une compensation du défaut d'isochronisme dû aux variations de la puissance électrique d'excita- tion appliquée aux électrodes. 8 Oscillateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les puissances électriques d exci- tation sur le mode utile, et de compensation par effet amplitudefréquence indirect sont appliquées au moyen de deux boucles d'oscillation distinctes ( 110,120) ali- mentées à partir d'un même régulateur de tension ( 141). 9 Oscillateur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la répartition des puissances électriques appliquées aux deux boucles d'oscillation ( 110,120) est réalisée à l'aide d'un pont de résistances ( 146,149) associé le cas échéant à un potentiomètre li- néaire ( 147) et interposé entre le régulateur de tension ( 141) et les boucles d'oscillation ( 110,120). Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le régula- teur de tension ( 141) comprend deux sources d'alimenta- tion ( 151,152) et un comparateur ( 150). Il Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que le cristal piézoélectrique ( 101) est de coupe AT, est dimensionné et excité pour présenter une fréquence utile de vibra- tion sur le mode partiel 5 ainsi qu'une fréquence de vi- bration de compensation sur le mode partiel 3 et en ce que la puissance électrique interne totale appliquée aux électrodes ( 103,104) du résonateur est répartie par les moyens de fractionnement ( 146,147) à proportion d'en- viron 30 % sur le mode de vibration partiel 5 et d'envi- ron 70 % sur le mode de vibration partiel 3. 12 Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le cristal piézoélectrique ( 101) est de coupe SC, est dimensionné et excité pour présenter une fréquence utile de vibra- tion sur le mode partiel 3 (mode C) ainsi qu'une fré- quence de vibration de compensation sur le mode partiel 3 (mode B) et en ce que des moyens ( 146,147,149,148) sont prévus pour faire varier en sens inverse et de fa- çon simultanée les puissances électriques appliquées sur le mode B ou sur le mode C, la puissance appliquée sur le mode B variant dans une proportion d'environ 3,5 fois la variation A PC de la puissance électrique in- terne appliquée sur le mode C.