Circuit d'entretien de l'oscillation d'un résonateur électromécanique d'horlogerie
On applique depuis quelques années à la montre- bracelet des oscillateurs électromécaniques à fréquence audible, par exemple des oscillateurs à diapason, connus depuis longtemps en chronométrie. fl y a également des décennies que l'entretien de tels résonateurs est assuré par transducteurs électrodynamiques à aimants mobiles et bobines fixes, ce mode d'entretien ayant trouvé son épanouissement avec l'avènement des transistors. Le circuit maintenant classique, issu de cette technique ancienne, comporte un ou plusieurs transducteurs à aimants mobiles et bobines fixes.
Les bobines qui, du point de vue mécanique, peuvent être réparties en un ou plusieurs corps, comprennent, du point de vue fonctionnel, deux bobinages, l'ut dit bobinage moteur et l'autre bobinage capteur . Le bobinage moiteur constitue la charge de sortie d'un amplificateur à transistor dont la base est attaquée par le signai du bobinage capteur
Ce circuit relativement simple présente quelques inconvénients:
: - une partie de la faible place disponible pour les bobi
nes étant occupée par le bobinage capteur, l'efficacité
du bobinage moteur est réduite d'autant, - le bobinage capteur nécessite une sortie intermédiaire
relativement difficile à exécuter étant donné le très
faible .diamètre du fil, généralement de l'ordre de
15/1000 mm, - il se prête mal à une compensation de l'effet d'ampli
tude qui se manifeste très généralement par une légère
baisse de la fréquence lorsque l'amplitude augmente.
La possibilité de remédier à ces inconvénients par un circuit électronique plus complexe mais s'accommodant d'un seul bobinage, réparti ou non en plusieurs corps, n'est pas nouvelle. Elle ne présente d'ailleurs aucune difficulté dans son application aux oscillateurs à grande amplitude, tels que les pendules de gravitation et les systèmes balancier-spiral, pour lesquels l'angle d'oscil- lation étant très grand par rapport à l'angle d'interaction du transducteur, la localisation précise de l'impulsion d'entretien est simplement obtenue par des dispositions géométriques appropriées.
I1 en va tout autrement dans les résonateurs à fréquence audible dont la faible amplitude d'oscillation engendre une tension induite quasi sinusoïdale. Les impulsions d'entretien couvrent alors un angle électrique de l'ordre de 900, leur largeur et leur phase étant essen tellement déterminée6 par le Circuit électronique.
Un bon circuit d'entretien doit, sur toue le domaine des tensions de pile et température utiles d'une montrebracelet, satisfaire aux conditions suivantes: - assurer l'autoidémarrage très rapide de l'osciXateulr,
de manière à ne perdre qu'un minimum de temps lors
de son arrêt ou de son amortissement accidentel, à la
suite d'un choc par exemple, - assurer des impulsions d'entretien de largeur et de
phase bien définies, ajustables sur un domaine suffi
sant pour annuler la dépendance fréquence-amplitude,
garantir un rendement élevé et permettre l'amplitude
requise par le processus bien connu de son auto
régulation, - admettre un élément thermosensible, une thermistance
par exemple,
propre à annuler le coefficient ther
mique de fréquence de l'oscillateur, - il devra en outre, dans notre cas, s'accommoder d'un
bobinage unique, réparti en un ou plusieurs corps
de manière à éviter les inconvénients mentionnés des
circuits à deux bobinages.
La présente invention a pour objet un circuit d'entretien de l'oscillation d'un résonateur électromécanique d'horlogerie, à transducteu.r électrodynamique à aimants mobiles et bobinage unique fixe, à deux transistors de même polarité, l'un dit moteur et l'autre dit inverseur de phase, le collecteur du transistor moteur étant chargé par ledit bobinage unique, le collecteur du transistor inverser de phase étant chargé par une résistance et relié d'autre part à la base du transistor moteur par un circuit
RC parallèle, une fraction au moins du signal engendré aux bornes dudit bobinage étant réinjectée à la base du transistor inverseur de phase par l'intermédiaire d'un circuit RC série,
la valeur nominale des composants étant déterminée de manière que l'entretien du mouvement soit assuré à raison d'une impulsion motrice par période d'oscillation.
Un circuit de ce type, apte à l'entretien de l'oscillation d'un balancier-spiral, est connu du brevet français No 1256386. Selon ce brevet, un effet de contre-réaction est obtenu en supprimant les condensateurs qui shuntent les résistances ds polarisation et en réunissant les bornes de sortie de ces résistances par une résistance supplémentaire. En plus, on ajoute une capacité entre une borne ds la source de courant et une borne de la résistance nouvellement insérée.
Ces mesures pour obtenir un effet de coutre-réaction ne sont pas aptes à satisfaire aux conditions susmentionnées.
Le but de la présente invention est de prévoir un circuit qui permette de remplir lesdites conditions. Ce cir- cuit est caractérisé par le fait que le résonateur est à fréquence audible et que le courant continu de polarisation de la base des transistors est principalement déte°- miné par une résistance de contre-réaction placée entre la base du transistor inverseur de phase et son collecteur, la valeur de cette résistance étant déterminée de manière à assurer le démarrage et le fonctionnement normal de l'oscillateur, quelles que soient la tension de la pile et la température utile, et que le transistor moteur soit pratiquement saturé pendant toute la durée d'application des impulsions motrices mais bloqué entre elles.
Ladite résistance de contre-réaction donne un effet de contre-réaction propre pour un circuit d'entretien d'un résonateur à fréquence audible.
La fig. l du dessin annexé donne, à titre d'exemple non limitatif, le schéma général d'un circuit d'entretien selon l'invention.
La fig. 2 est relative à une forme ,d'exécution particulière.
Dans le schéma de la fig. 1, le bobinage unique B constitue la charge du transistor moteur Tl. Le transistor inverseur de phase T2 est chargé par la résistance R1, son collecteur étant relié d'autre part à la base du transistor Tl par le circuit R4, C2 et éventuellement R5, cette dernière étant une thermistance de compensation.
Le collecteur du transistor inverseur de phase T2 est encore relié à sa base par une résistance de conte- réaction R2 qui détermine son propre courant de polarisation et, à travers R4, celui du transistor Tl.
La valeur ohmique des résistances Ri, R2 et R4 détermine les courants continus de polarisation des deux transistors qu'il est facile de choisir au voisinage de leur valeur idéale pour assurer de parfaites conditions de démarrage et de fonctionnement, quelles que soient la tension de la pile et la température utile. Toutes choses égales par ailleurs, la résistance R3 détermine plus particulièrement la fraction du signal de sortie réinjectée à la base du transistor inverseur de phase. Les condensateurs Cl et C2 déterminent la phase du signal d'entre tien qui, pour des valeurs normales des composants, se réduit à une succession d'impulsions, à raison d'une impulsion par période. Ces impulsions, entraînent la saturation du transistor moteur.
Leur largeur et leur phase sont parfaitement déterminées par la valeur des composants du circuit.
La largeur des impulsions, de l'ordre de 900 électrique, doit être suffisante pour assurer un transfert d'énergie convenable mais assez faible pour ne pas nuire au rendement. Dans la règle, la phase des impulsions d'entretien doit être telle qu'elles oöïncident, symétriquement, avec la phase de la tension induite pour laquelle la ten- sion résiduelle aux bornes du transistor moteur est la plus faible.
Si le résonateur accuse un propre effet fréquenceamplitude, il peut être corrigé dans une large mesure par la phase des impulsions d'entretien. Si la fréquence tend à augmenter avec l'amplitude, la phase des impulsions d'entretien dot être retardée, et avancée dans le cas contraire. Les deux condensateurs du circuit permettent d'agir de manière bien plus efficace que dans le cas des circuits à un seul condensateur de transfert.
De même si le résonateur accuse un coefficient thermique propre, il peut être au moins partiellement corrigé par l'effet compensateur éventuel du circuit électronique.
La phase des impulsions d'entretien est en effet, comme on l'a dit plus haut, assez fortement influencée par certains composants du circuit électronique d'entretien. 11 suffit donc, en principe, que la courbe thermique de tels composants réduise celle propre au résonateur. E est difficile de trouver des condensateurs de courbe thermique appropriée à la compensation recherchée. Les thermistances par contre s'y accommodent bien mieux.
Pour des raisons théoriques, confirmées par l'expérience, la phase des impulsions d'entretien peut être favorablement modifiée, sans porter préjudice aux autres paramètres de foqnctionnement, soit par une thermistance R5, insérée dans la branche capacitive de couplage à la base du transistor Ti, soit en constituant la résistance Ri par une thermistance, la variation de phase résultant alors d'une variation du courant de polarisation des transistors.
Des raisons techniques en rapport avec la structure du résonateur conduisent souvent à séparer le bobinage unique en deux corps de bobines séparés. E peut alors être avantageux, en raison de la faible place disponible, de coupler le condensateur Cl au point de liaison des bobines, comme le montre la fig. 2, chaque bobine grolu- pant dans son voisinage immédiat une partie des composants, par exemple les composants Rl, R2, R3, Cl et
T2 au voisinage de El et les autres au voisinage de B2.
A titre d'indication, d',excellents résultats ont été obtenus, dans un circuit selon la fig. 2, avec des composants de valeurs suivantes:
Rl = l MQ
R2 = R4 = 3,3 MQ
R3 = 4,7 MQ Cl=C2=3,3nF
La consommation de courant peut encore être réduite en multipliant les résistances et en divisant les capacités par un facteur qui peut aller jusqu'à 5, mais il est difficile de trouver actuellement sur le marché des résistances subminiatures de valeur supérieure à 4,7 MQ.
Le circuit décrit conduit à un excellent rendement, partant à une faible consommation de courant. Les paramètres largeur d'impulsion et phase sont facilement ajustables sur un large domaine. Les impulsions sont de largeur bien définie et le transistor moteur est saturé durant toute la durée de leur application, ce qui assure une bonne stabilité de l'amplitude d'oscillation en fonction de la charge.
Le démarrage est très rapide mais il peut être encore amélioré en choisissant un transistor moteur de gain sensiblement plus élevé que celui du transistor inverseur de phase.