Brevet FR2618033A1 — publié le 19890113

Montage oscillateur avec un élment vibreur piézocéraniigue L'invention concerne un montage oscillateur avec un élément piézocéramique générateur de tonalité ou vibreur raccordé d'une part à la base d'un premier transistor de commutation et d'autre part au collecteur d'un deuxième transistor de commutation, avec un couplage de contre-réaction entre le collecteur dudit premier transistor et la base du deuxième transistor, o les deux transistors conduisent et se bloquent & tour de rôle, l'élément piézocéramique étant parcouru alternativement par une impulsion de courant positive et par une impulsion de courant négative. Un tel montage est décrit sous le nom de "Heegner-Schaltung" (Montage de Heegner) sous le titre "Les quartz vibreurs, élément de construction non négligeable dans l'électronique" dans ZVEI, Vistas Verlag, Berlin 1985, pages 61 à 66. Il est apparu qu'un élément générateur de tonalité piézocéramique (vibreur), lorsqu'il est utilisé avec un tel montage déjà connu, dans une plage de températures de 0'C à 125'C, ne fournit ni une fréquence acoustique ni une. puissance sonore constantes. Ceci peut être attribue au fait qu'avec le montage précité, la fréquence de résonance obtenue dépend principalement de la capacité. électrique -de l'élément vibreur piézocéramique. Ledit montage de Heegner oscille également si l'élément est remplacé par un condensateur électrique. La capacité dudit élément piézocéramique croît avec la température et la fréquence varie en conséquence. Il est apparu en outre qu'avec des éléments vibreurs piézocéramiques ayant une capacité relativement grande, de 20 HF par- exemple, et une fréquence relativement basse, par exemple 2 kHz, on n'obtient pas un fonctionnement fiable car l'amorçage des oscillations du montage de Heegner est problématiqueet il se produit des sautes de fréquence. L'objet de la présente invention est de proposer un montage oscillateur du genre décrit dans le préambule avec lequel, en particulier dans le domaine des températures de 0'C & 125'C, la fréquence sonore et la puissance sonore sont, dans une grande mesure, indépendantes de la température ambiante. Selon la présente invention ce problème est résolu avec l'utilisation d'un troisième transistor de commutation dont le circuit émetteur- collecteur est en série avec le circuit collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation et dont la base est reliée au - collecteur du premier transistor de commutation, de sorte que lorsque le premier transistor de commutation est conducteur ou bloqué, il en est de même du troisième transistor qui prend aussi les états correspondants, et lorsque le troisième transistor se débloque, par son circuit émetteur-collecteur il envoie à l'élément piézocéramique une impulsion d'activation d'amplitude telle que celui-ci se trouve sollicité au- delà de son état d'équilibre mécanique et, sur la base du premier transistor de commutation, il apparaît de ce fait un potentiel qui bloque celui-ci et il s'écoule ensuite, par le circuit collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation, une impulsion de courant de décharge suffisamment énergique pour que l'élément piézocéramique se trouve renvoyé du c6té opposé par rapport à son état d'équilibre, de sorte que sur la base du premier transistor de commutation, il apparaît une tension qui le rend de nouveau conducteur. La fréquence de commutation du montage, qui correspond à la fréquence sonore de l'élément vibreur piézocéramique, est ici indépendante dans une grande mesure de la capacité électrique dudit élément. En effet, la commutation du premier transistor, ainsi que celle des autres transistors, dépendent des suroscillations mécaniques de l'élément, donc de ses caractéristiques piézoélectriques. Ces caractéris- tiques ne sont guère influencées par la température, de sorte que la fréquence est également indépendante, dans une grande mesure, de la température. Comme la céramique piézoélectrique de l'élément vibreur est soumise & une excitation relativement intense, au point de déterminer une suroscillation, on obtient aussi une puissance sonore élevée et indépendante, dans une grande mesure, de la température. La conduction du troisième transistor de commutation permet d'appliquer une impulsion de courant d'activation élevé. Lorsque ce troisième transistor est bloqué, il réduit le courant absorbé par le montage. Ce montage oscillateur convient par exemple pour des minuteries de commande de fours, qui se trouvent exposées en service à des températures élevées, de 'C par exemple. Du fait de la faible consommation de courant, ce montage oscillateur peut être raccordé directement à un circuit de commande. Des réalisations intéressantes de la présente invention découlent de la description ci-dessous d'un exemple de réalisation. La figure représente un montage-oscillateur avec un élément vibreur piézoceramique. Un élément vibreur piézocéramique 1 est relié d'une part à la base d'un premier transistor de commutation T1 et d'autre part au collecteur d'un deuxième transistor de commutation T2. Les émetteurs des transistors de commutation T1, T2 sont reliés & l'une des polarités d'alimentation 2. La base du deuxième transistor de commutation T2 est raccordée au collecteur du premier transistor de commutation T1 à travers une résistance R1. Une deuxième polarité d'alimentation 3 du montage est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance série R2 de faible valeur ohmique, & l'émetteur d'un troisième transistor de commutation T3 de structure inverse de celle des deux premiers, dont le collecteur est connecté au collecteur du deuxième transistor de commutation T2 et par conséquent à l'élément vibreur 1. La base du troisième transistor de commutation T3 est reliée, par l'intermédiaire d'une rsistance R3 au collecteur du premier transistor de commutation T1. Une résistance R4 est connectée en parallèle avec la Jonction émetteur-base du troisième transistor de commutation T3. Une autre résistance R5 est prévue entre l'émetteur du troisième transistor de commutation T3 et la base du premier transistor de commutation T1. En parallèle avec la jonction base-émetteur du premier transistor de commutation T1 est connectée une diode D orientée en sens inverse. Le montage décrit ci-dessus, comprenant les transistors T1 à T3 et les résistances RI à R5 est dimensionné de telle manière, que lorsque l'élément vibreur 1 n'est pas raccordé et qu'une tension est présente sur les bornes d'alimentation 3, 2, il s'établit un état stable. Par les résistances R2 et R5 passe alors un courant de base pour le premier transistor de commutation Tl et celui-ci est ainsi rendu conducteur. Le deuxième transistor de commutation T2 se trouve alors bloqué à travers la résistance RI, tandis que le troisième transistor de commutation T3 est maintenu conducteur par l'intermédiaire de la résistance R3. Un condensateur qui serait prévu en lieu et place de l'élément vibreur 1 ne pourrait pas perturber cet état stable du montage. Le mode de fonctionnement du montage décrit ci- dessus, lorsque l'élément vibreur 1 est en place, pourrait être décrit comme suit: La borne d'alimentation 3 est reliée à un montage de commande, par exemple & un microprocesseur qui, pour enclencher l'élément piézocéramique 1 (vibreur), applique une tension aux bornes de raccordement 3, 2. Cette même tension constitue également la tension d'alimentation du montage. Après l'enclenchement de la tension les transistors de commutation T1 et T3 sont conducteurs. Le transistor de commutation T2 est bloqué. Une forte impulsion d'activation arrive sur l'élément 1 par la résistance série R2 et le système émetteur-collecteur du transistor T3. La constante de temps R2Co déterminée par la capacité Co de l'élément 1 est négligeable comparativement à la durée de la période de l'oscillation acoustique, déterminée par la structure mécano-acoustique de l'élément 1. Du fait de l'intensité de l'impulsion d'activation, l'élément 1 effectue une "suroscillation", a la fin de l'impulsion de courant d'activation il dépasse la position d'équilibre statique qui correspond à la valeur de la tension appliquée. Lors du mouvement de retour qui fait suite à la suroscillation, l'élément 1 engendre un potentiel négatif appliqué à la base du premier transistor de commutation T1, de sorte que celui-ci se bloque. Le deuxième transistor de commutation T2 est alors débloqué à travers la résistance Rl, il conduit et le troisième transistor de commutation T3 se bloque. Une impulsion de courant de décharge de l'élément 1 s'écoule alors à travers le système collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation T2 et à travers la diode D. Là aussi, du fait de la structure mécanique, il se produit une suroscillation mécanique de.l'élément 1, suivie d'une oscillation en retour. Au cours de cette oscillation en retour c'est une tension positive qui apparaît sur la base du premier transistor de commutation T1, de sorte que celui-ci redevient conducteur. Le régime oscillatoire persiste ainsi jusqu'à la coupure de la tension d'alimentation. Comme le troisième transistor de commutation T3 se bloque lorsque le deuxième transistor de commutation T2 est conducteur, la consommation. de courant du montage oscillateur se trouve considérablement réduite, comparativement au cas o une simple résistance aurait été prévue au lieu du système émetteur-collecteur du troisième transistor de commutation T3. La résistance R5 garantit le déclenchement des oscillations du montage oscillateur lorsqu'on enclenche la tension de commande, qui est également la tension d'alimentation. Il est cependant possible aussi d'utiliser le montage oscillateur sans la résistance R5. Dans ce cas, lorsque le montage est dans son état stable décrit précédemment et que l'élément 1 n'est pas raccordé, c'est le premier transistor de commutation T1 qui va se trouver bloqué et c'est le deuxième transistor de commutation T2 qui sera conducteur. Avec l'élément 1, raccordé et au moment de l'enclenchement de la tension de commande et d'alimentation, ledit élément 1 reçoit une impulsion à travers le troisième transistor de commutation T3, de sorte que le premier. transistor de commutation T1 devient conducteur, déterminant ainsi le blocage du deuxième transistor de commutation T2, bien que ce dernier, sans cela, eut été normalement conducteur. Revendications 1. Montage oscillateur avec un élément générateur de fréquence acoustique en piézocéramique, connecté entre la jonction base-émetteur d'un premier transistor de commutation et le système collecteur- émetteur d'un deuxième transistor de commutation, avec un couplage de contre-réaction entre le collecteur dudit premier transistor et la base dudit deuxième transistor, o les deux transistors de commutation conduisent et se bloquent & tour de rôle 'et o ledit élément est parcouru alternativement par une impulsion de courant positive et par une impulsion de courant négative, caractérisé par -le fait que le montage comporte un troisième transistor de commutation (TS) dont le système émetteur-collecteur se trouve en série avec le système collecteurémetteur du deuxième transistor de commutation (T2) et dont la base est reliée au collecteur du premier transistor de commutation élément (1) effectue une suroscillation mécanique- déterminant- sur la base du premier transistor (T1) l'apparition d'un potentiel qui bloque celui-ci, après quoi une impulsion de courant de décharge s'écoule par le circuit collecteur-émetteur du deuxième transistor de commutation (T2) suffisamment intense pour provoquer une suroscillation mécanique de l'élément (1) en sens inverse avec l'apparition sur la base du premier transistor (T1) d'un potentiel qui rend celui-ci de nouveau conducteur. 2. Montage oscillateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'en parallèle avec la jonction base-émetteur du premier transistor de commutation (T1) est connectée une diode (D) laissant passer l'impulsion de courant de décharge. 3. Montage oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'entre la base du premier transistor de commutation (T1) et l'une des polarités d'alimentation (3) est disposée une résistance (R5).qui, à l'enclenchement du montage oscillateur commande la conduction du premier transistor de commutation (T1). 4. Montage oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'entre le collecteur du premier transistor de commutation (T1> et la base du troisième transistor de commutation (T3) il est prévu une résistance (R3). 5. Montage oscillateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'entre le collecteur du premier transistor de commutation (T1) et la base du deuxième transistor de commutation (T2) est disposée une résistance (R1).