CH488330A - Oscillateur à quartz à compensation thermique - Google Patents

Description

  Oscillateur à quartz à compensation thermique    Les oscillateurs à quartz présentent toujours une  dérive thermique de leur fréquence due aux modifica  tions des propriétés élastiques du quartz se produisant  avec les variations de température.  



  Le calcul montre que, pour les quartz basse fré  quence, par exemple de coupe X     -I-    50, la courbe de dé  rive thermique, représentée à la     fig.    1, est une parabole.  Le sommet de cette parabole, ou point d'inversion, peut  être choisi d'avance, par exemple     201,    C. Dans ce cas,  pour un écart de température At de   16  C, soit à 4 et       36     C, le quartz présente une diminution
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   de sa fré  quence de 1     X        10-5,    correspondant à un retard d'environ  1 seconde par jour lorsque l'oscillateur constitue la base  étalon d'un instrument de mesure du temps.  



  Une telle dérive est souvent inadmissible dans la pra  tique. On peut la diminuer en stabilisant la température  par un thermostat, mais cette solution n'est pas toujours  applicable car elle entraîne une forte augmentation de  l'encombrement de l'instrument et de sa consommation  en courant, tout en le rendant beaucoup plus fragile. Ces  inconvénients peuvent être éliminés en utilisant des  moyens purement électriques de compensation.  



  Considérons le schéma de base d'un oscillateur à  quartz, représenté à la     fig.    2: A est un amplificateur,       (f    un déphaseur et     C.,    la capacité d'accord du quartz ;  le dispositif de limitation d'amplitude n'a pas été repré  senté puisque n'ayant aucun effet direct sur la fréquence.  



  La compensation peut se faire en agissant sur     C,@    ou  sur     (f,    puisque
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   où Q. représentant le coeffi  cient de qualité du quartz, de valeur
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   où  L et R sont     respectivement    la self et la résistance série du  quartz.    La compensation par variation du     C.@    peut être réa  lisée en utilisant une capacité variable     entraînée    par un  bilame     thermo-sensible,    ou à l'aide d'une       Varicap         ,     c'est-à-dire une capacité sensible à une tension continue  de polarisation.

   L'inconvénient de ces solutions réside  dans le fait que, d'une part, la capacité avec bilame doit  être une pièce mécanique de précision, de réglage délicat,  et d'autre part dans le fait que la       Varicap      nécessite  une tension de polarisation très stable et trop élevée pour  des oscillateurs autonomes devant fonctionner sur une  batterie à 1 ou 2 élément.  



  La compensation par variation de q peut donner de  bons résultats mais conduit à un circuit compliqué. De  plus, la compensation dépend alors du facteur Q qui  peut présenter une grande dispersion dans un même lot  de quartz, ce qui est un inconvénient du point de vue  pratique.  



  Le but de la présente invention est de fournir un  oscillateur à quartz sensiblement     thermo-compensé,    met  tant en     oeuvre    des moyens ne présentant pas le; incon  vénients des solutions susmentionnées.  



  L'oscillateur suivant l'invention, destiné à des appli  cations non horlogères, est caractérisé par le fait que  son circuit comprend une capacité variable formée d'une  capacité fixe et d'un amplificateur variable, lui-même  constitué par un amplificateur fixe et par     tin    atténuateur  variable, ce dernier étant formé d'un réseau de résis  tances fixes et de thermistances, le tout de manière que  l'oscillateur soit au moins partiellement     thermiquement     compensé.  



  Dans le dessin  La     fig.    1 est un diagramme de la dérive thermique  d'un quartz de coupe X     -=        5@,.     



  La     fig.    2 et un schéma représentant le circuit d'un       o#cillateur    à quartz de type courant.      La     fig.    3 est un schéma représentant le circuit d'une  première forme d'exécution de     l'oscillateur    à quartz  objet de l'invention.  



  La     fig.    4 est un schéma représentant le circuit d'un  oscillateur à quartz dû     typs,    connu,     Colpitts-Pierce.     



  La fi-. 5 est un schéma d'un simulateur de capacité.  La fie. 6 est un schéma d'un amplificateur de gain  variable.  



  La     fig.    7 est un diagramme de compensation.  



  Les fi-. 8 à 12 sont des schémas de variantes d'un  détail de l'oscillateur suivant l'invention.  



  Les     fig.    8a et 12a sont des diagrammes de compen  sation correspondant aux variantes des     fig.    8 à 12, res  pectivement.  



  La     fig.    13 est un schéma représentant le circuit d'une  seconde forme d'exécution de l'oscillateur à quartz sui  vant l'invention, et  la     fig.    14 est le schéma d'une dernière variante.  



  Dans l'oscillateur de la     fig.    3, qui constitue une forme  d'exécution de l'objet de l'invention, le bloc désigné par       CP    est l'équivalent d'un oscillateur     Colpitts-Pierce,    tel  que représenté à la     fig.    4, mais dans lequel une des  capacités C, et C, montées en parallèle avec l'amplifi  cateur G",, à savoir la capacité     C_,    a été     remplacée    par  un simulateur de capacité C; du type de celui représenté  à la     fig.    5, comprenant un amplificateur de gain G et une  capacité C reliant l'entrée à la sortie de cet amplificateur.

    L'impédance d'entrée 7; d'un tel dispositif est celle d'une  capacité C; de valeur  Ci =<B>CO</B>     -G).     



  Cette capacité, qui a une borne à la masse. varie avec  le gain G.  



  Or, un amplificateur de gain variant en fonction de  la température peut être réalisé en associant un amplifi  cateur de gain constant G" à un atténuateur G, dépen  dant de la température, comme indiqué à la     fig.    6. Dans  ce cas,  G     =G".G,.     



  Dans l'oscillateur de la     fig.    3, le bloc G, constitue un  atténuateur formé de résistances fixes R et de thermis  tances     NTC        r,,    . L'atténuation G, _ - V.>     V,    , dont le     dia-          ;ranime    est représenté à la     fig.    7, a une allure très sen  siblement parabolique dans un domaine de température  (le l'ordre de     50--    C, de sorte que l'atténuateur G, convient  pour la compensation de la dérive d'un quartz, cette  dérive étant     elle-même    parabolique, comme représenté à  la fie. 1.  



  Il est à remarquer qu'en agissant sur R on obtient la  coïncidence des points d'inversion du quartz et du réseau  atténuateur G. , alors qu'en agissant sur G" on ajuste le  gain nécessaire à une compensation correcte. En prin  cipe on peut réaliser une compensation parfaite en trois  points, à savoir -At, O,     -!-        At    ; pour les autres points,  l'écart est en général très faible.  



  Cet oscillateur peut fonctionner avec des tensions  d'alimentation très basses, de l'ordre de 1 V et un cou  rant de l'ordre de     100     A.  



  Les fia. 8 à 12 indiquent des réalisations possibles  d'atténuateurs à l'aide de résistances fixes R et de ther  mistances     NTC        r,,        et/ou        PTC        r,,    . Les     fig.    8a à 12a sont  des diagrammes des atténuations G, produites par cha  cun des     atténuateurs    des     fig.    8 à 12, respectivement. Dans  chacun des cas, l'atténuation G, =     VN,    est sensible  ment     parabolique    dans un domaine de température de    l'ordre de     50Y,    C.

   Un montage en pont permet de déplacer  la courbe     V,/V,    de telle manière que     V.,/Vi    = O pour       A,t    = O.  



  Dans les     fig.    II et 12, les facteurs m et n peuvent  être des nombres positifs quelconques ; ils influencent la  courbure de la parabole, qu'il est avantageux de tenir  aussi élevée que possible, mais ils n'influencent pas le  sommet ou point d'inversion. A cet égard, le réseau de  la     fig.    12 avec m = 1 et n = 2 est particulièrement inté  ressant.  



  Le point d'inversion des atténuateurs des     fig.    8 et 9  peut être déplacé en modifiant le rapport     r,./r.,,    ; pour  les     atténuateurs    des fia. 10,<B>11</B> et 12, il faut modifier le  rapport     R;'r.,    .  



  La     fig.    13 représente un oscillateur similaire à celui  de la fi-. 3, mais où la self et le transformateur ont été  éliminés, une diode D servant à limiter l'amplitude d'os  cillation. Cet oscillateur a ainsi l'avantage d'être moins  encombrant que celui de la     fig.    3. I1 comprend, comme  dans la première forme d'exécution, une partie     CP    équi  valant à un oscillateur à quartz du type     Colpitts-Pierce     dont un des condensateurs a été     remplacé    par un simu  lateur de capacité Ci.

   Ce dernier comporte, comme dans  la première forme d'exécution, un condensateur fixe C,  un amplificateur fixe G" et un atténuateur variable     G,     constitué par un réseau de résistances R et de thermis  tances     r.,;    assurant sa variation parabolique en fonction  des variations de température.  



  II est à remarquer que l'oscillateur suivant l'inven  tion est de préférence réalisé par une modification d'un  oscillateur du type     Colpitts-Pierce    plutôt que d'un oscilla  teur plus courant tel que celui représenté à la     fig.    2, du  fait que le simulateur de capacité utilisé     (fig.    5) doit  avoir une de ses extrémités à la niasse, ce qui empêche de  le brancher directement, comme l'est le condensateur C<B>,</B>  dans le circuit de la     fig.    1.  



  Dans la variante de la     fig.    14, un transformateur est  utilisé qui permet de réaliser un circuit oscillateur où le  quartz Q a une de ses extrémités à la     niasse,    ce qui per  met de relier une capacité de compensation à effet Miller  CC directement à cette borne du quartz.  



  L'avantage de cette disposition réside dans le fait  que la fréquence de l'oscillateur est modifiée à l'aide  d'une capacité en série avec le quartz et non pas par la  modification de certaines caractéristiques du circuit d'en  !     retien.     



  L'oscillateur suivant l'invention a l'avantage de per  mettre une compensation thermique très     poussée,    voire  totale, sans toutefois que les moyens de compensation  dépendent du facteur de qualité Q du quartz et néces  sitent des schémas compliqués, et tout en maintenant  faible la consommation en courant.

Claims (1)

1. REVENDICATION Oscillateur à quartz à compensation thermique, pour applications non horlogères, caractérisé par le fait que son circuit comprend une capacité variable (Ci). formée d'une capacité fixe (C) et d'un amplificateur variable (G) lui-même constitué par un amplificateur fixe (G") et par un atténuateur variable (G,), ce dernier étant formé d'un réseau de résistances fixes (R) et de thermistances r.., le tout de manière que l'oscillateur soit au moins partielle nient thermiquement compensé. SOUS-REVENDICATIONS 1.

   Oscillateur suivant )a revendication, caractérisé par le fait que les thermistances de son circuit sont du type NTC. 2. Oscillateur suivant la revendication, caractérisé par le fait que les thermistances de son circuit sont du type PTC. 3. Oscillateur suivant la revendication, dont le cir cuit est du type Colpitts-Pierce, lequel comporte deux condensateurs montés en parallèle avec un amplificateur, caractérisé par le fait que ladite capacité variable rem place l'un desdits condensateurs.