Brevet FR2604572A1 — publié le 19880401

OSCILLATEUR A FREQUENCE PROPORTIONNELLE A UNE TENSION DE COMMANDE La présente invention concerne un oscillateur à fréquence proportionnelle à une tension de commande. Pour produire un signal de fréquence variable en fonction d'une tension de commande, il est connu d'utiliser un oscillateur commandé en tension. De tels oscillateurs, généralement basés sur la commande de la vitesse de charge ou de décharge d'un condensateur, ont pour principal inconvénient de ne pas être linéaires, c'est-à-dire de ne pas délivrer de fréquence proportionnelle à la tension de commande et de fournir des signaux de sortie de forme non sinusoïdale, par exemple en dent de scie. Il est par ailleurs connu de réaliser un oscillateur fournissant un signal de sortie de forme sinusoïdale suivant le principe dit d'intégrateurs bouclés, décrit dans l'article intitulé "Applications du prin#ipe d'intégrateurs bouclés" et publié dans la revue EMI (Electronique et Microélectronique Industrielles N0183 du 15/02/1974 (pages 57 à 59). Dans cet article, il est mentionné qu'un réglage de fréquence peut être envisagé en réglant les résistances et les condensateurs des intégrateurs. Une telle méthode ne permet pas d'obtenir facilement une fréquence d'oscillation liée à une tension de commande. La présente invention a au contraire pour objet un oscillateur apte à fournir un signal sinusoïdal de fréquence proportionnelle à une tension de commande, suivant un principe très simple et facile à mettre en oeuvre. Un oscillateur à fréquence proportionnelle à une tension de commande suivant l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte deux intégrateurs bouclés et des moyens pour assurer un démarrage puis une régulation de la tension de sortie de ltoscillateur, et en ce que chaque intégrateur est précédé d'un multiplicateur de sa tension d'entrée par une tension égale à la tension de commande. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-an#nexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est un schéma d'un deuxième mode de réalisation de l'invention. - la figure 3 est un schéma d'un troisième mode de réalisation de l'invention. L'oscillateur représenté sur la figure 1 comporte deux intégrateurs bouclés, chacun d'eux étant réalisé de manière connue au moyen d'un amplificateur opérationnel, respectivement A2 et A3, d'une résistance R et d'un. condensateur C. Cet oscillateur comporte également des moyens pour assurer un démarrage puis une régulation de l'amplitude de sa tension de sortie ces derniers comportent un amplificateur opérationnel Ai monté en additionneur et recevant sur son entrée "+" le signal de sortie V'2 de l'amplificateur A2, après passage à travers un ensemble de deux diodes D1, D2 montées "tête-bêche" et d'un potentiomètre P, et sur son entrée d'une part les signaux de sortie V1 de l'amplificateur Ai et V3 de l'amplificateur A3, après passage à travers une résistance R; d'autre par. le signal de sortie V'2 de l'amplificateur A2, après passage à travers une résistance R/#. Suivant l'invention, chaque intégrateur est précédé d'un multiplicateur, respectivement Mi et M2, de sa tension d'entrée par une tension de commande Vc. Le fonctionnement de ltoscillateur est régi par les équations suivantes La condition d'oscillation s'exprime sous la forme V3/Ve =H(jw)=1 où H(jw) désigne la fonction de transfert harmonique en boucle ouverte, c'est-à-dire avec l'interrupteur I ouvert, comme représenté sur la figure 1. Concernant l'amplificateur Ai on peut écrire V1=-Ve- ssV'2+ a V2 où V2 désigne la tension obtenue en sortie des diodes D1, D2, aV2 représentant un terme d'amortissement et - ss V'2 un terme de réaction (ou amortissement négatif). Concernant l'amplificateur A2 on peut écrire Concernant l'amplificateur A3, on peut écrire On peut par ailleurs écrire a V2 = a V'2 f(V'2) Il vient La condition d'oscillation H(jw)= 1 est alors réalisée pour On remarque que la pulsation d'oscillation w = Vc/RC est bien proportionnelle à la tension de commande Vc. La résistance de valeur R /ss assure le démarrage des oscillations (amortissement négatif). Puis, lorsque l'amplitude des oscillations croît, les diodes D1 et D2 conduisent et permettent d'annuler, l'équilibre atteint, le terme d'amortissement négatif est d'obtenir ainsi un système oscillant à amortissement nul à une amplitude donnée (réglable par le potentiomètre P). Plus précisément, la fonction f(V'2) peut s'exprimer sous la forme (où VS désigne la tension de seuil -des diodes D1 et D2), en assimilant la différence V'2-V2 à un signal rectangulaire d'amplitude Vs dont l'amplitude de la fondamentale vaut 4V S/n, les harmoniques étant filtrées par les deux intégrateurs. La condition ss -a f(V'2) f o s'exprime alors sous la forme Les oscillateurs représentés sur les figures 2 et 3 ne diffèrent de celui de la figure 1 que par la réalisation des moyens permettant un démarrage puis une régulation de l'amplitude de la tension de sortie de l'oscillateur. Sur la figure 2, ce démarrage et cette régulation d'amplitude sont obtenus par comparaison entre la valeur crête V3 de la tension de sortie V3 de ltoscillateur et une tension continue de consigne d'amplitude VÂ, puis réaction sur l'amplificateur Ai, en fonction de la différence VA - V3, se traduisant par un amortissement positif ou négatif suivant le signe de la différence VA - V3, afin d'annuler cet écart. L'amplitude crête V3 est prélevée par un échantilionneur- bloqueur E commandé par le passage à zéro de la tension V2, puis mémorisée dans un condensateur C1. Un multiplicateur M3 effectue le produit entre la tension V2 et la différence VA - V3. Le résultat de cette multiplication est appliqué à l'une des entrées de l'amplificateur Ai, en ltoccurrence l'entrée "-", à travers une résistance R/a . Le fonctionnement de l'oscillateur est régi par les équations suivantes Concernant l'amplificateur Ai, on peut écrire#: Vi = - Ve - aV2 f (V3) avec f (V3) = VA - V3. Concernant l'amplificateur A3 on peut écrire et concernant l'amplificateur A2 D'où encore La condition d'oscillation s'exprime alors sous la forme Sur la figure 3 le démarrage et la régulation de l'amplltude de la tension de sortie de l'oscillateur sont obtenus par comparaison de l'amplitude crête de la tension de sortie V2 de l'oscillateur et d'une tension continue de référence d'amplitude, puis réaction sur la quantité de charges stockées dans le condensateur C de l'intégrateur (A2 RC) afin d'annuler l'écart détecté à l'issue de cette comparaison. Un amplificateur différentiel A4 permet de mesurer l'écart entre l'amplitude de la tension V2 et la tension continue de référence d'amplitude. Au passage à zéro de la tension de sortie V3 de l'oscillateur (détecté par un amplificateur différentiel A5) le résultat de la comparaison obtenu en sortie de l'amplificateur différentiel A4 est aiguillé vers l'intégrateur A2 RC, grâce à la commande à cet instant d'un interrupteur MOS-FET disposé en sortie de l'amplificateur différentiel A4#, occasionnant ainsi une charge, ou une décharge, du condensateur C de cet intégrateur, suivant le signe de l'écart observé, afin de réduire cet écart. Ces trois oscillateurs délivrent deux tensions V2 et V3 d'égale amplitude et en quadrature ; il - faut remarquer que le déphasage entre V3 et V2 (900) change de signe avec la tension de commande on peut donc utiliser cet oscillateur pour fabriquer par exemple un champ tournant dont la vitesse de rotation est proportionnelle à la tension de commande. Cependant, cette propriété ne peut être utilisée dans le cas de la figure 1 que si un circuit annexe croise les termes de réaction et d'amortissement du système de démarrage et de régulation d'amplitude lorsque la tension de commande est négative, et dans le cas de la figure 2 si on change le signe du multiplicateur M3 par un circuit . annexe, ainsi que pour l'amplificateur A4 de la figure 3. On peut donc concevoir avec cet oscillateur un asservissement de vitesse ou de position avec un moteur synchrone, par exemple. Si la tension de commande n'évolue pas trop rapidement le moteur peut suivre les accélérations sans décrocher. On peut inclure cet ensemble dans une boucle de phase et réaliser une régulation de vitesse fine d'un moteur synchrone, en disposant d'un capteur de vitesse sur l'arbre (roue phonique par exemple). Par ailleurs, cet oscillateur se prête particulièrement bien à la modulation de fréquence à grande déviation relative A f/f. En appliquant comme tension de commande une tension de la forme Vc = Vo (1 + K sin Q t) la fréquence de l'oscillateur sera, Bien entendu cet oscillateur peut être indu dans une boucle de phase (oscillateur asservi) de façon à garder à la fréquence centrale la stabilité de celle d'un oscillateur å quartz. La présence d'une deuxième tension en quadrature peut d'ailleurs simplifier la commande d'un démodulateur. REVENDICATIONS 1. Oscillateur à fréquence proportionnelle. à une tension de commande (Vc), caractérisé en ce qu'il comporte deux intégrateurs (A2 RC, A3 RC) bouclés et des moyens pour assurer un démarrage puis une régulation de l'amplitude de la tension de sortie (V2, 573) de l'oscillateur, et en ce que chaque intégrateur est précédé d'un multiplicateur (M1,M2) de sa tension d'entrée par une tension égale à la tension de commande (Vc). 2. Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de démarrage et de régulation d'amplitude comportent un amplificateur opérationnel (Ai) monté en sommateur, et effectuant une somme pondérée de son propre signal de sortie et des signaux de sortie des intégrateurs, de manière à introduire un terme d'amortissement négatif au démarrage, puis, en fonctionnement, un terme d'amortissement positif, réglable, et s'opposant à ce dernier. 3. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de démarrage et de régulation d'amplitude comportent un multiplicateur (M3) effectuant le produit de la tension de sortie de l'un des intégrateurs et de la différence entre la tension crête de sortie de l'autre intégrateur et une tension continue de consigne d'amplitude, le signal de sortie de ce multiplicateur étant appliqué, au travers d'une résistance (R/a) à l'une des entrées de l'amplificateur opérationnel (Al) monté en sommateur.