Brevet FR2633466A1 — publié le 19891229

Oscillateur à quartz modulable et compensé en température. La présente invention est du domaine de l'électronique et concerne les oscillateurs à quartz. Les oscillateurs à quartz existants, compensés en température, ne sont en général pas modulables de sorte que l'on est conduit lorsque l'on veut un oscillateur à quartz qui soit à la fois modulable et stable en température, à thermostater un oscillateur à quartz modulable ce qui augmente de façon non négligeable sa consommation en énergie électrique et le rend coûteux. La présente invention a pour but un oscillateur à quartz à la fois modulable et compensé en température qui ait une consommation en énergie électrique réduite et un prix de revient peu élevé. Elle a pour objet un oscillateur à quartz modulable et compensé en température comportant - un étage oscillateur avec un transistor monté en collecteur commun pourvu d'une résistance de charge d'émetteur, d'un circuit oscillant parallèle reliant sa base à la masse et comportant un pont diviseur capacitif et une inductance en série avec la sortie de l'étage oscillateur, et d'un circuit de réaction reliant sa base à son émetteur et comportant un montage série comprenant dans l'ordre, un condensateur formant l'un des éléments du pont diviseur capacitif, un quartz et une diode à capacité variable, le point de connexion entre la diode à capacité variable et le quartz étant relié à une résistance en série avec une source de tension de modulation et - un circuit de compensation en température délivrant à la base du transistor de l'étage oscillateur une tension de polarisation variant en fonction de la température de manière à compenser au moins en partie les dérives thermiques des éléments de l'étage oscillateur. D'une manière avantageuse, l'oscillateur comporte en outre une inductance qui est intercalée dans le circuit de réaction entre l'émetteur du transistor de l'étage oscillateur et la diode à capacité variable, et un étage amplificateur de sortie avec un transistor monté en base commune, pourvu d'une résistance de polarisation d'émetteur et connecté par son émetteur, par l'intermédiaire de l'inductance du circuit oscillant parallèle, à la base du transistor de l'étage oscillateur. Dans ce cas, le circuit de compensation en température délivre la tension de polarisation de base du transistor de l'étage oscillateur par l'intermédiaire du transistor de l'étage amplificateur de sortie dont il commande la polarisation de base. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dont la figure unique représente de manière schématique le mode de réalisation. L'oscillateur à quartz représenté dans la figure comporte un étage oscillateur 1 suivi d'un étage amplificateur de sortie 3, et un circuit de compensation en température 5. L'étage oscillateur 1 comporte un transistor 10 monté en collecteur commun et pourvu d'un circuit de réaction base émetteur qui le fait osciller. Le transistor 10 de type NPN au silicium a son collecteur relié à une source de polarisation +V par une résistance il et à la masse par un condensateur de découplage 12. Son émetteur est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 13 et d'un condensateur variable d'accord 14 tandis que sa base est connectée à la masse par un circuit oscillant parallèle comprenant un pont diviseur capacitif 16, 17 et par une inductance 15 en série avec l'entrée à basse impédance de l'étage amplificateur de sortie 3 qui lui délivre une tension de polarisation. Le circuit de réaction est constitué d'un montage série reliant la base et l'émetteur du transistor 10 et comportant, dans 11 ordre, le condensateur 16 du pont diviseur capacitif, un quartz 18, une diode à capacité variable 19 dont la cathode est tourne#e vers l'émet- teur du transistor 10, et une inductance 20. Le point de connexion du quartz 78 avec la diode à capacité variable 19 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 21 et d'un connecteur 22 à une source de tension de modulation ou d'accord. L'étage oscillateur fonctionne à une fréquence de résonnance série du quartz, fondamentale ou harmonique, sur laquelle sont accordés les circuits oscillants formés par les inductances 15, 20 et les condensateurs 14, 16, 17. L'étage amplificateur de sortie 3 comporte un transistor 30 monté en base commune. Ce transistor 30 de type NPN au silicium a son émetteur connecté directement à l'inductance 15 de sortie de l'étage oscillateur 1 et raccordé à la masse par une résistance 31. Sa base mise à la masse par un condensateur de découplage 32 est connectée directement à la sortie du circuit de#compensation en température 5. Son collecteur est relié à une source de polarisation +V par l'intermédiaire d'un montage série constitué dans l'ordre par un transformateur de rapport 2 et par une résistance de polarisa tion 34 découplée à la masse par un condensateur 35. Un connecteur 36 de sortie de l'étage amplificateur 3 est connecté par un condensateur de couplage 37 à la prise intermédiaire du transformateur 33. L'étage amplificateur de sortie 3 fonctionne comme un étage amplificateur classique à transistor monté en base commune. Sa très faible impédance d'entrée n'amortit que très peu le circuit oscillant 15, 16, et 17. Le courant réactif circulant dans l'inductance 15 est présenté sur 200 ohms en sortie grâce au transformateur 33 ce qui permet d'obtenir une grande amplification en n'amortissant que très peu le circuit oscillant. Le circuit de compensation en température 5 comporte un pont de mesure de température alimenté par une source auxiliaire de tension compensée en température et connecté aux entrées d'un amplificateur différentiel délivrant la tension de polarisation de base du transistor 30 de l'étage amplificateur de sortie 3. La source auxiliaire de tension régulée en température est constituée d'une diode Zener 50 de 6,2 volts invariante en température connectée par son anode directement à la masse et par sa cathode à une source de polarisation +V au moyen d'une résistance 51, un condensateur ballast 52 étant placé en parallèle sur la diode Zener 50. Le pont de mesure de température comporte une première branche constituée d'une diode au silicium 53 reliée par sa cathode à la masse, une deuxième branche constituée d'une résistance 54 reliant l'anode de la diode au silicium 53 à la cathode de la diode Zener 50 de la source auxiliaire de tension, une troisième branche constituée d'une résistance ajustable 55 connectée par une extrémité à la masse et une quatrième branche constituée d'une résistance 56 reliant la résistance ajustable 55 à la cathode de la diode Zener 50 de la source auxiliaire de tension. L'amplificateur différentiel 57 a son entrée inverseuse connectée par une résistance 58 a l'anode de la diode au silicium 53, a la liaison des première et deuxième branches du pont de mesure de température, son entrée non inverseuse connectée au point de connexion de la résistance ajustable 55 et de la résistance 56, à la liaison des troisième et quatrième branches du pont de mesure de température, et sa sortie reliée à la base du transistor 30 de l'étage amplificateur de sortie 3 par une résistance 59. Il est en outre pourvu d'une résistance ajustable 60 disposée en contre réaction entre sa sortie et son entrée inverseuse. Le circuit de compensation en température 5 utilise la dérive en température d'une diode au silicium (- 2 m V/OC) pour compenser les dérives en température de même nature et de même sens du transistor 10 et de la diode à capacité variable 19 qui sont responsables de l'essentiel de la dérive en fréquence de l'oscillateur ainsi qu'une partie de la dérive en température du quartz. Pour ce faire, il amplifie an l'inversant la variation de tension en fonction de la température délivrée par la diode au silicium avec un gain permettant de rattraper la dérive en fréquence de l'oscillateur sur la plage de température voulue et l'ajoute à une tension de repos déterminant les polarisations base et émetteur des transistors 30 et 10 à température ambiante. Le réglage de la résistance ajustable 55 commande le niveau de la tension de sortie de l'amplificateur différentiel 57 et détermine par contrecoup les tensions de polarisations base et émetteur des transistors 30 et 10. Il se fait à la température ambiante alors que le connecteur 22 est momentanément cqurt-cireuité à la masse, de manière à obtenir une tension émetteur du transistor 10 polarisant la diode à capacité variable 19 au milieu de sa caractéristique linéaire. Une fois ce réglage effectué, celui du condensateur ajustable 14 permet de centrer la fréquence d'oscillation sur la valeur voulue pour une tension nulle de modulation ou de recalage appliquée sur le connecteur 22. Le réglage de la résistance ajustable 60 commande le gain de l'amplificateur différentiel 57 c'est-à-dire le gain de compensation thermique. Il se fait de manière à rattraper la dérive en fréquence de l'oscillateur pour une variation de température couvrant la plage d'utilisation par exemple 700 C. La puissance du signal de sortie de 1 'oscillateur peut également être stabilisée en fonction de la température en remplaçant la résistance 13 d'émetteur du transistor 10 de l'étage oscillateur par un réseau à thermistance à coefficient de température positif dont la valeur varie d'environ 20 S dans la plage de -10 OC à +600 C. L'ensemble de l'oscillateur à quartz est avantageusement réalisé à l'aide de composants du genre "chips" afin d'obtenir une bonne miniaturisation et un faible prix de revient. Avec le circuit oscillateur qui vient d'être décrit il est possible d'obtenir un bruit de phase de l'ordre de 130 dBc/Hz à 1KHz de la fréquence d'accord et de 140 dBc/Hz à 10 KHz, la dérive en température restant inférieure à + 1,5 ppm entre -10 C et +600 C et la consommation inférieure à 300 mW. Il est en outre possible de moduler la fréquence d'accord avec un écart de linéarité de 10 S sur une plage de 1 20 ppm à l'aide d'une tension basse fréquence inférieure à 200 KHz de valeur moyenne nulle, la diode à capacité variable restant dans sa zone de fonctionnement linéaire, ou d'obtenir un recalage maximum de la fréquence d'accord de 1 50 ppm, la diode à capacité variable évoluant dans une zone de fonctionnement plus grande que sa zone de fonctionnement linéaire. On peut, sans sortir du cadre de la présente invention modifier certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS: 1/ Oscillateur à quartz modulable et compensé en température caractérisé en ce qu'il comporte - un étage oscillateur (1) avec un transistor (10) monté en collecteur commun et pourvu d'une résistance (13) de charge d'émetteur, d'un circuit oscillant parallèle reliant sa base à la masse et comportant un pont diviseur capacitif (16, 17) et une inductance (15) en série avec la sortie à basse impédance de l'étage oscillateur, et d'un circuit de réaction reliant sa base à son émetteur et comportant un montage séria comprenant dans l'ordre, un condensateur (16) formant l'un des éléments du pont diviseur capacitif (16, 17), un quartz (18) et une diode (19) à capacité variable, le point de connexion entre le quartz (18) et la diode (19) à capacité variable étant relié à une résistance (21) en série avec une source de tension de modulation et - un circuit de compensation en température (5) délivrant à la base du transistor (10) de l'étage oscillateur (1) une tension de polarisation variant en fonction de la température de manière à compenser au moins en partie las dérives thermiques des éléments de l'étage oscillateur (1) 2/ Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de réaction de l'étage oscillateur (1) comporte en outre une inductance (20) qui est intercalée entre l'émetteur du transistor (10) monté en collecteur commun et la diode (19) à capacité variable. 3/ Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage oscillateur (1) comporte en outre un condensateur ajustable (14) qui est intercalé entre la masse et l'émetteur du transistor (10) monté en collecteur commun. 4/ Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé an ce qu'il comporte en outre un étage amplificateur de sortie (3) avec un transistor (30) monté en base commune pourvu d'une résistance (31) de polarisation d'émetteur et connecté par son émetteur, au moyen d'une inductance (15), à la base du transistor (10) de l'étage oscillateur (1), et en ce que le circuit de compensation an température délivre la tension de polarisation de base du transistor (10) de l'étage oscillateur (1) par l'intermédiaire du transistor (30) de l'étage amplificateur de sortie (3) dont il commande la polarisation de la base. 5/ Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de compensation en température (5) comporte une sonde de température constituée d'une diode semi-conductrice (53) polarisée dans le sens direct et un amplificateur (57) à tension de repos et gain réglables amplifiant la variation de tension en fonction de la température apparaissant aux bornes de la diode semi-conductrice de la sonde de température. 6/ Oscillateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les transistors (10, 30) des étages oscillateur (1) et amplificateur de sortie (3) sont des transistors au silicium de type NPN et en ce que le circuit de compensation en température (5) comporte une sonde de température constituée d'une diode semi-conductrice (53) au silicium polarisée dans le sens direct et un amplificateur (57) à tension de repos et gain négatif réglables amplifiant en l'inversant la variation de tension en fonction de la température apparaissant aux bornes de la diode semi-conductrice (53) de la sonde de température et l'appliquant additionnée de la tension de repos à la base du transistor (30) de l'étage amplificateur de sortie (3). 7/ Oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résistance (13) d'émetteur du transistor (10) de l'étage oscillateur (1) est une résistance variable avec la température à coefficient de température positif.