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Oscillateur synchronisé, à rendement élevé, pour applications dans le domaine de la mesure du temps La présente invention a pour objet un oscillateur synchronisé, à rendement élevé, pour applications dans le domaine de la mesure du temps.
On sait que pour réaliser un oscillateur électrique ou électromécanique permettant de transférer de l'énergie d'une source de tension continue à un résonateur avec un rendement élevé, il est nécessaire de travailler en régime impulsionnel, c'est-à-dire qu'on ne fournit de l'énergie au résonateur que pendant une certaine fraction de la période d'oscillation.
On sait également qu'une variation de phase de l'impulsion d'énergie par rapport à l'oscillation entraîne une variation de la fréquence d'oscillation. Le but de l'invention est d'utiliser ce dernier effet pour synchroniser l'oscillateur par un signal dont la fréquence est voisine de celle de la fréquence propre du résonateur ou d'un multiple de celle-ci.
Différents oscillateurs ont déjà été proposés pour applications dans le domaine de la mesure du temps Un oscillateur comprenant un dipôle actif dont la caractéristique courant-tension correspond à une brusque apparition suivie d'une brusque disparition du courant lorsque la tension, croissant depuis une valeur nulle, atteint une certaine valeur, et une bobine présentant une résistance électrique déterminée et coopérant avec un organe oscillant. Dans ce dispositif toutefois, non seulement il n'est prévu aucun circuit de synchronisation, mais la tension engendrée par le résonateur mécanique n'est pas continue ou sinusoïdale, mais de forme impulsionnelle.
Un montage semblable dans lequel une diode tunnel est utilisée comme dipôle actif. Toutefois ici aussi il n'y a pas de circuit de synchronisation.
On connaît un circuit dans lequel on synchronise une chaîne de multivibrateurs formant diviseur de fréquence, ceci à l'aide d'un signal sinusoïdal. Dans ce circuit toutefois il s'agit de la synchronisation d'un mul- tivibrateur et non d'un oscillateur harmonique.
Dans des oscillateurs connus, une bobine coopérant avec un organe oscillant est disposée en série avec un dipôle. Ce dipôle comporte un premier transistor dont le circuit collecteur émetteur est connecté entre cette bobine et une source d'alimentation et un second transistor du type opposé dont le collecteur est connecté à la base du premier transistor. Dans ces deux brevets toutefois, le signal émis par le résonateur est également de forme impulsionnelle et aucun moyen de synchronisation n'est prévu. Dans un de ces oscillateurs le circuit de synchronisation est astable et a sa propre fréquence de répétition.
On a aussi déjà décrit un oscillateur multivibrateur à transistors comportant deux circuits symétriques comprenant chacun deux transistors de types opposés dont les circuits collecteurs -émetteurs sont reliés en série. Ce circuit est astable alors que le circuit objet de la présente invention est bistable.
Ainsi dans aucun des dispositifs cités ci-dessus on n'a essayé de synchroniser des oscillateurs dont le résonateur est à signal de sortie continu, voire sinusoïdal, par un signal d'entrée pouvant être un multiple de la fréquence du résonateur, bien que ceci soit connu depuis longtemps pour les multivibrateurs.
L'oscillateur objet de l'invention comprend les trois éléments suivants branchés en série : un dipôle actif dont la caractéristique courant-tension symétrique ou asymétrique selon le type du moteur, correspond à une brusque apparition suivie d'une brusque disparition du courant lorsque la tension croissant depuis une valeur nulle, atteint une certaine valeur, un résonateur engendrant une tension périodique continue et une résistance de valeur suffisamment élevée pour rendre le circuit bistable dans la région de ladite caractéristique dans laquelle celle-ci présente l'augmentation de courant, et est
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caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour appliquer un signal de synchronisation au dipôle afin de déphaser,
par rapport à la tension périodique continue aux bornes du résonateur, l'enclenchemeat et/ou le déclenchement du courant, afin de synchroniser la fréquence de l'oscillateur sur celle du signal de synchronisation.
Le dessin représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'oscillateur objet de l'invention Les fig. 1 à 4 sont des schémas explicatifs du principe de l'invention, et les fig. 5 et 6 sont des schémas de détail de deux formes d'exécution différentes.
Le schéma selon la fi-. 1 représente la connexion en série d'un dipôle actif D, d'une résistance R et d'un résonateur M. Ce résonateur peut être un résonateur électrique ou électromécanique à transducteur magnétique ou piézoélectrique, par exemple. La résistance R peut être constituée en tout ou partie par la résistance de l'enroulement du résonateur M si celui-ci est de type électromagnétique.
La caractéristique du dipôle D est représentée à la fi-. 2 où l'on voit que lorsque la tension u1 aux bornes du dipôle va en augmentant le courant i, d'abord nul, va en augmentant rapidement, passe par un maximum puis redevient rapidement égal à zéro. Sur cette figure est également illustrée une droite représentant la caractéristique de la résistance R. La pente de cette droite est proportionnelle à la valeur de 1/R. A partir de ces deux caractéristiques on obtient facilement la caractéristique du dipôle et de la résistance R en série.
Cette caractéristique, qui représente également la tension u2 aux bornes du résonateur M en fonction du courant commun i, s'obtient par la relation u? = u1 -RÀ, et est représentée à la fig. 3. On y voit, qu'à condition de choisir une valeur suffisamment grande pour R, cette caractéristique présente une région de bistabilité entre les abscisses A et B. Au cours d'un cycle de la tension induite u2 le point de fonctionnement dans le plan u2 -i suit la courbe pointillée dans le sens des flèches. Le courant s'établit brusquement en B lorsque tL, va en croissant tandis qu'il s'annule brusquement en A lorsque la tension u2 va en diminuant.
La caractéristique présente donc une hystérèse. A la fig. 4 on a représenté, en fonction du temps, la tension u., aux bornes du résonateur M qui est supposée sinusoïdale, ainsi que le courant i. Le courant s'établit brusquement lorsque la tension u2 atteint la valeur B en croissant et s'annule brusquement lorsque la tension u., atteint la valeur A en décroissant.
Du fait de l'hystérèse de la caractéristique représentée à la fi-. 3, la fondamentale du courant i et celle de la tension u., sont déphasées. Le système oscille à une fréquence différente de la fréquence de résonance du résonateur.
En injectant dans le circuit en S un signal périodique de fréquence voisine, il est possible d'avancer l'enclenchement et/ ou le déclenchement du courant comme représenté en pointillé à la fig. 4. Le cas représenté en pointillé correspond à l'avance maximum du courant i, dans lequel l'enclenchement s'effectue lorsque la tension u; atteint la valeur A et le déclenchement lorsque la tension u2 atteint la valeur B. Le déphasage entre la tension u2 et la fondamentale du courant i est modifié, ainsi que la fréquence d'oscillation. L'oscillateur peut se synchroniser sur le signal de synchronisation si la fréquence de ce dernier est suffisamment voisine de la fréquence propre du résonateur.
Cette synchronisation peut également se produire si la fréquence du signal de synchronisation est voisine d'un multiple de la fréquence propre du résonateur. En effet, le signal de synchronisation ne peut agir que pendant les fractions du cycle où la caractéristique représentée à la fi-, 3 est bistable, c'est-à-dire entre les valeurs A et B. Les périodes du signal de synchronisation tombant en dehors de cette région n'auront aucun effet.
La fi-. 5 représente une première forme d'exécution dans laquelle le résonateur permet le passage de la composante continue du courant i. Ce résonateur peut être par exemple un moteur résonnant électromagnétique ou un circuit oscillant électrique. Le dipôle Dl (dont la caractéristique courant-tension est du type de celle du dipôle D de la fig. 1) comprend un transistor Tl de type PNP dont le collecteur est relié à l'une des bornes al du dipôle.
L'émetteur est relié au pôle positif de la source d"énergie tandis que la base est reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 1, au collecteur d'un transistor T. de type NPN, lui-même relié, par l'intermédiaire d'une seconde résistance 2 à la base de ce transistor T.,, l'émetteur de ce dernier est relié à l'autre borne, b1, du dipôle ainsi qu'à la borne négative de la source. La base du transistor T@ est reliée au collecteur de l'autre transistor par l'intermédiaire d'un condensateur 3 d'une résistance 4. Le signal de synchronisation est appliqué dans cet exemple à une borne SI reliée par un condensateur 5 à la base du transistor T2.
On voit que dans ce circuit une polarisation automatique des transistors est assurée par les éléments 2 et 3.
Dans la forme d'exécution représentée à la fig. 6, le résonateur M est constitué par un moteur piézoélectrique, le dipôle D2 présentant une caractéristique courant-tension du type de celle de la fig. 2 mais symétrique par rapport à l'origine, de façon à fournir au moteur des impulsions de courant alternativement positives et négatives, afin d'annuler la composante continue du courant qui ne pourrait traverser le moteur. Le dipôle se compose de deux parties symétriques Pl, P@ dont on ne décrira que Pl, et comprenant chacune un transistor T3 de type PNP et d'un transistor T4 de type NPN, ces deux transistors étant branchés en série.
Les deux bases sont reliées au point de connexion des deux collecteurs par deux résistances 6 et 7 et par deux condensateurs 8 et 9. Lesdites deux parties symétriques Pl, P2 sont interconnectées par la résistance 11 et son homologue de P2 reliant les points de connexion entre ces condensateurs et les résistances 6 et 7, les points de connexion entre les collecteurs étant reliés respective- ment aux deux bornes du dipôle D2.
On voit que dans ce circuit, la polarisation automatique des transistors est assurée par les éléments 6, 7, 8, 9 et leurs homologues de P2.
Le signal de synchronisation est appliqué, dans cet exemple, à l'une desdites deux parties symétriques par l'intermédiaire d'une borne S. et d'un condensateur 10.
Les bornes du dipôle sont indiquées en a. et h2. Lorsque le résonateur est capable de laisser passer la composante continue du courant (fi-. 5), la caractéristique courant-tension du dipôle peut être symétrique ou asymétrique; dans le cas où ce résonateur ne laisse pas passer cette composante (fig. 6), la caractéristique doit être symétrique.
On remarquera que dans les circuits décrits, un rendement élevé est assuré grâce au fait que les impulsions
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de courant sont fournies au résonateur aux instants les plus favorables, c'est-à-dire au moment où la tension aux bornes du résonateur est maximum (fig. 4).