Oscillateur électromécanique pour appareil horaire La présente invention a pour objet un oscillateur électromécanique pour appareil horaire comprenant un résonateur mécanique commandé électrodynamique- ment, dont la bobine motrice est branchée dans un cir cuit en pont avec au moins une impédance compensa trice et au moins deux capacités, la bobine motrice et l'impédance compensatrice étant branchées en série,
les extrémités opposées de ces deux dernières constituant deux des sommets du pont qui sont reliés avec la sortie d'au moins un amplificateur, tandis que les deux autres sommets du pont sont reliés à l'entrée de l'amplifica teur.
II est bien connu d'établir des oscillateurs électro mécaniques, comprenant un résonateur mécanique dont le mouvement est entretenu par un amplificateur.
De tels oscillateurs, pouvant être utilisés comme base de temps, sont représentés aux fig. 1 à 5. Celui repré senté aux fig. 1 à 3 comprend un diapason 1, muni d'une pièce polaire 2, coopérant avec une bobine motrice 3.
Comme représenté à la fig. 2, l'impédance vue des bornes de la bobine 3 est équivalente à une inductivité 4, une capacité 5 et une résistance 6, en parallèle, corres pondant à l'effet du diapason 1, le tout en série avec une résistance 7 et une inductivité 8 correspondant à l'effet de la bobine 3, lorsque le diapason 1 est maintenu immo bile.
L'oscillateur est obtenu en connectant la sortie du quadripôle 9 correspondant (fig. 3) au résonateur 1 et à la bobine 3 (fig. 1) à l'entrée d'un amplificateur 10, la sortie de l'amplificateur 10 étant connectée à l'entrée du quadripôle 9.
La résistance 7 et l'inductivité 8 de la bobine 3 agissent défavorablement sur le comportement de l'oscillateur. En effet, la résistance 7 a tendance à faire effectuer des oscillations de relaxation à l'oscilla teur et l'inductivité 8 de la bobine 3, ainsi que sa capa cité propre non représentée déplacent la fréquence de l'oscillateur vers une valeur supérieure à la fréquence propre du résonateur 1.
Pour éviter ces inconvénients, on a prévu, comme représenté à la fig. 4, une prise intermédiaire sur la bobine 3, qui la divise en une partie 11 de pick-up et une partie motrice 12. Entre les deux bornes extrêmes de la bobine 3 on a connecté une capacité 13 afin d'éli miner l'effet perturbateur de la bobine 3.
Le quadri pôle équivalent au résonateur 1 et à sa bobine 3 est représenté à la fig. 5, qui montre les inductivités 14, 17 et les résistances 15, 18 desdites deux parties, en tenant compte du rapport n,/n, entre le nombre de spires n, de la partie 11 et n2 de la partie 12, les deux inductivités étant couplées en 16.
Comme on le voit à la fig. 5, le condensateur 13 est remplacé par deux condensateurs 13' et 13" dont les valeurs respectives dépendent du rapport n,/n,. Ce condensateur 13 agit toutefois défavo rablement sur le fonctionnement de l'oscillateur, car il fait tourner la phase du quadripôle de sorte que la fré quence de l'oscillateur n'est plus exactement égale à la fréquence propre du résonateur. De plus, ce condensa teur, qui, étant donné ses faibles dimensions, doit être en céramique, donc avec un coefficient de température élevé, entraîne une variation de la fréquence en fonction de la température.
Le déplacement de phase provoqué par ce condensateur provoque un autre inconvénient encore :les impulsions de courant émises par l'ampli ficateur ne coïncident plus exactement avec les moments où la tension induite dans la bobine est maximum, ce qui provoque une diminution du rendement. Enfin, comme il n'est pas possible d'éliminer entièrement les effets perturbateurs provoqués par les éléments 13 à 18, les conditions d'amorçage de l'oscillateur sont mau vaises.
Dans un brevet américain, on a prévu un oscillateur comprenant un résonateur mécanique commandé élec- trodynamiquement, dont la bobine motrice est branchée dans un circuit en pont avec au moins une impédance compensatrice et au moins deux capacités, la bobine motrice et l'impédance compensatrice étant branchées en série.
Les extrémités opposées de ces deux dernières, qui constituent deux des sommets du pont, sont reliées à la sortie d'un amplificateur par l'intermédiaire d'une self et d'une capacité, tandis que les deux autres som mets du pont sont reliés à l'entrée de l'amplificateur. par l'intermédiaire d'un circuit résonnant.
Cet oscillateur, qui présente une très bonne stabilité, est toutefois inutilisable comme garde-temps, la con sommation de puissance étant beaucoup trop élevée.
L'invention a pour but d'éliminer ces inconvénients. Elle a pour objet un oscillateur du type défini plus haut et caractérisé en ce que la bobine motrice et l'impédance compensatrice sont branchées directement en parallèle avec un dernier élément actif de l'amplificateur et en ce qu'une source de courant est branchée entre la bobine motrice et l'impédance compensatrice.
Les fig. 6 à 12 du dessin représentent, à titre d'exem ple, trois formes d'exécution et une variante de l'oscil lateur, objet de l'invention.
La fig. 6 représente le schéma d'une première forme d'exécution.
La fig. 7 représente un schéma explicatif de cette forme d'exécution.
La fig. 8 est une vue partielle d'une variante de cette première forme d'exécution.
La fig. 9 représente le schéma d'une seconde forme d'exécution.
La fig. 10 représente un schéma explicatif du fonc tionnement de cette seconde forme d'exécution.
La fig. 11 représente le schéma d'une troisième forme d'exécution encore.
La fig. 12 représente un schéma explicatif du fonc tionnement de cette troisième forme d'exécution.
La première forme d'exécution représentée à la fig. 6 comprend un résonateur 20, pourvu de deux piè ces polaires 21 et 22 coopérant avec une bobine motrice 23. Le résonateur 20 représenté de façon schématique peut âtre par exemple pourvu d'un mécanisme à rochet non représenté, pour entraîner la minuterie d'une mon tre. L'amplificateur est constitué par deux transistors au silicium 24 et 25 de types opposés et reliés en cascade.
La base du premier transistor 24 est reliée, par une résistance 26, à la borne négative d'une source de tension 27, par une capacité 28, à l'une des bornes de la bobine 23, et par une capacité 29, à l'émetteur du transistor 25. L'émetteur du transistor 24 est relié à la borne positive de la source de tension 27, tandis que son collecteur est relié, par une résistance 30, à la base du transistor 25 et, par une résistance 31, à la borne négative de la source de tension 27.
Le point commun à l'émetteur du trans istor 25 et à la capacité 29 est relié à la borne négative de la source 27 par une impédance compensatrice consti tuée d'une résistance 32' en série avec une inductivité 32, la résistance 32' pouvant être celle de la self 32. Les valeurs des éléments peuvent être, par exemple, de <B>1,35</B> V pour la source de tension, de 470pF pour la capacité 28, de 22 MQ pour la résistance 26, de 4,7 MQ pour la résistance 31 et de 2,2 MQ pour la résistance 30.
Les valeurs de la capacité 29, de la résistance 32' et de l'inductivité 32 peuvent être égales à N. C, R/N et L/N, C étant la valeur de la capacité 28, R la valeur de la résistance de repos de la bobine 23 (représentée en 7 à la fig. 2), L la valeur de l'inductivité au repos de la bobine 23 (représentée en 8 à la fig. 2), et N désignant un nom bre quelconque, par exemple 5. Le fonctionnement de l'oscillateur est illustré à la fig. 7.
On y voit que la bobine motrice 23, la capacité 28, la capacité 29 et l'impédance compensatrice 32', 32 constituent en fait les quatre branches d'un pont dont les sommets sont A, B, C et D. A une impulsion de cou rant FB dans la base du transistor 24 correspond une impulsion de courant FC dans le collecteur du trans istor 25 et une impulsion de courant FE dans l'émetteur de ce même transistor, ces deux dernières impulsions étant sensiblement identiques.
L'oscillateur oscillera à une fréquence telle que l'impulsion FB soit en phase avec les impulsions FC et FE, c'est-à-dire à une fré quence telle que la différence de potentiel V,;-V" entre les sommets B et D soit en opposition de phase avec la différence de potentiel V,.-V,, entre les sommets C et A.
En calculant avec les impédances complexes, le cou rant I,, dans les deux branches adjacentes au sommet A est
EMI0002.0077
et celui 1,, dans les deux branches adjacentes au som met C
EMI0002.0080
Z désignant l'impédance complexe correspondant au résonateur (c'est-à-dire aux éléments 4, 5 et 6 de la f ig. 2).
La différence de potentiel V,,-V,\ entre les sommets B et A est
EMI0002.0086
Celle V"-V,, entre les sommets B et C
EMI0002.0088
La différence de potentiel V, V., V_, entre les sommets C et A est par conséquent v(;
-V-\ _ (Vii-V.0-(V,i-V, ) que l'on peut écrire
EMI0002.0095
Les différences de potentiel V,,.-V,\ et V,,-V,, seront en opposition de phase lorsque Z devient infini, c'est- à-dire pour la fréquence propre du résonateur. Il n'y a aucune différence de potentiel V,,-V, quand le résona teur est au repos, c'est-à-dire lorsque Z = 0.
Dans ce cas, le pont est équilibré pour éviter des oscillations perturbatrices, ce qui est le but du circuit. Nous voyons. par cet exemple que l'ensemble des branches 23 et 28, ainsi que la liaison entre le sommet D et le collecteur du transistor 25 constituent la boucle de réaction positive tandis que les deux autres branches du pont et la liaison entre le sommet B et l'émetteur du transistor 25 consti tuent la boucle de contre-réaction renfermant l'impé dance compensatrice 32', 32.
Les capacités 28 et 29 jouant le rôle d'un diviseur de tension pourraient être remplacées par d'autres impé dances ; il y a toutefois lieu de noter que la présence d'une capacité est obligatoire, celle-ci assurant, avec la
The present invention relates to an electromechanical oscillator for a time machine comprising an electrodynamically controlled mechanical resonator, the driving coil of which is connected in a circuit bridged with at least one compensating impedance and at least two capacitors. , the driving coil and the compensating impedance being connected in series,
the opposite ends of the latter two constituting two of the vertices of the bridge which are connected with the output of at least one amplifier, while the other two vertices of the bridge are connected with the input of the amplifier.
It is well known to establish electro-mechanical oscillators comprising a mechanical resonator whose movement is maintained by an amplifier.
Such oscillators, which can be used as a time base, are shown in FIGS. 1 to 5. The one shown in figs. 1 to 3 comprises a tuning fork 1, provided with a pole piece 2, cooperating with a driving coil 3.
As shown in fig. 2, the impedance seen from the terminals of coil 3 is equivalent to an inductivity 4, a capacitor 5 and a resistor 6, in parallel, corresponding to the effect of the tuning fork 1, all in series with a resistor 7 and a inductivity 8 corresponding to the effect of coil 3, when tuning fork 1 is kept immobile.
The oscillator is obtained by connecting the output of the corresponding quadrupole 9 (fig. 3) to resonator 1 and to coil 3 (fig. 1) to the input of an amplifier 10, the output of amplifier 10 being connected at the entrance to the quadrupole 9.
The resistance 7 and the inductivity 8 of the coil 3 have an unfavorable effect on the behavior of the oscillator. In fact, resistor 7 tends to cause the oscillator to perform relaxation oscillations and the inductivity 8 of coil 3, as well as its own capacity, not shown, shift the frequency of the oscillator to a value greater than the natural frequency of resonator 1.
To avoid these drawbacks, provision has been made, as shown in FIG. 4, an intermediate tap on coil 3, which divides it into a pick-up part 11 and a driving part 12. Between the two end terminals of coil 3, a capacitor 13 has been connected in order to eliminate the effect. coil disruptor 3.
The four-pole equivalent to resonator 1 and its coil 3 is shown in FIG. 5, which shows the inductivities 14, 17 and the resistances 15, 18 of said two parts, taking into account the ratio n, / n, between the number of turns n, of part 11 and n2 of part 12, the two inductivities being coupled in 16.
As seen in fig. 5, the capacitor 13 is replaced by two capacitors 13 'and 13 ", the respective values of which depend on the ratio n, / n,. This capacitor 13, however, acts unfavorably on the operation of the oscillator, because it rotates the phase of the oscillator. quadrupole so that the frequency of the oscillator is no longer exactly equal to the natural frequency of the resonator.Moreover, this capacitor, which, given its small dimensions, must be made of ceramic, therefore with a temperature coefficient high, causes the frequency to vary depending on the temperature.
The phase shift caused by this capacitor causes yet another drawback: the current pulses emitted by the amplifier no longer coincide exactly with the times when the voltage induced in the coil is maximum, which causes a reduction in efficiency. Finally, as it is not possible to completely eliminate the disturbing effects caused by elements 13 to 18, the conditions for starting the oscillator are bad.
In a US patent, an oscillator is provided comprising an electrodynamically controlled mechanical resonator, the driving coil of which is connected in a bridge circuit with at least one compensating impedance and at least two capacitors, the driving coil and the compensating impedance. being connected in series.
The opposite ends of these last two, which constitute two of the vertices of the bridge, are connected to the output of an amplifier via an inductor and a capacitor, while the other two tops of the bridge are connected at the amplifier input. via a resonant circuit.
This oscillator, which exhibits very good stability, cannot however be used as a timekeeper, the power consumption being much too high.
The object of the invention is to eliminate these drawbacks. It relates to an oscillator of the type defined above and characterized in that the driving coil and the compensating impedance are connected directly in parallel with a last active element of the amplifier and in that a current source is connected between the driving coil and the compensating impedance.
Figs. 6 to 12 of the drawing show, by way of example, three embodiments and a variant of the oscillator, object of the invention.
Fig. 6 represents the diagram of a first embodiment.
Fig. 7 shows an explanatory diagram of this embodiment.
Fig. 8 is a partial view of a variant of this first embodiment.
Fig. 9 represents the diagram of a second embodiment.
Fig. 10 represents an explanatory diagram of the operation of this second embodiment.
Fig. 11 shows the diagram of yet another third embodiment.
Fig. 12 represents an explanatory diagram of the operation of this third embodiment.
The first embodiment shown in FIG. 6 comprises a resonator 20, provided with two pole pieces 21 and 22 cooperating with a driving coil 23. The resonator 20 shown schematically can be for example provided with a ratchet mechanism, not shown, to drive the timer of a my being. The amplifier is formed by two silicon transistors 24 and 25 of opposite types and connected in cascade.
The base of the first transistor 24 is connected, by a resistor 26, to the negative terminal of a voltage source 27, by a capacitor 28, to one of the terminals of the coil 23, and by a capacitor 29, to the 'emitter of transistor 25. The emitter of transistor 24 is connected to the positive terminal of voltage source 27, while its collector is connected, by a resistor 30, to the base of transistor 25 and, by a resistor 31, to the negative terminal of the voltage source 27.
The point common to the emitter of transistor 25 and to capacitor 29 is connected to the negative terminal of source 27 by a compensating impedance constituted by a resistor 32 'in series with an inductance 32, resistor 32' being able to be that of choke 32. The values of the elements can be, for example, <B> 1.35 </B> V for the voltage source, 470pF for the capacitor 28, 22 MΩ for the resistor 26, 4.7 MQ for resistor 31 and 2.2 MQ for resistor 30.
The values of the capacitor 29, of the resistor 32 'and of the inductivity 32 can be equal to N. C, R / N and L / N, C being the value of the capacitor 28, R the value of the resistance of rest of coil 23 (shown at 7 in fig. 2), L the value of the inductivity at rest of coil 23 (shown at 8 in fig. 2), and N denoting any number, for example 5. The operation of the oscillator is illustrated in fig. 7.
It can be seen that the driving coil 23, the capacitor 28, the capacitor 29 and the compensating impedance 32 ′, 32 in fact constitute the four branches of a bridge whose vertices are A, B, C and D. A pulse current FB in the base of transistor 24 corresponds to a current pulse FC in the collector of transistor 25 and a current pulse FE in the emitter of this same transistor, these last two pulses being substantially identical.
The oscillator will oscillate at a frequency such that the pulse FB is in phase with the pulses FC and FE, that is to say at a frequency such that the potential difference V,; - V "between the vertices B and D is in phase opposition with the potential difference V, .- V ,, between the vertices C and A.
By calculating with the complex impedances, the current I ,, in the two branches adjacent to the vertex A is
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and that 1 ,, in the two branches adjacent to the top met C
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Z designating the complex impedance corresponding to the resonator (that is to say to elements 4, 5 and 6 of fig. 2).
The potential difference V ,, - V, \ between the vertices B and A is
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That V "-V ,, between the vertices B and C
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The potential difference V, V., V_, between the vertices C and A is therefore v (;
-V- \ _ (Vii-V.0- (V, i-V,) that we can write
EMI0002.0095
The potential differences V ,, .- V, \ and V ,, - V ,, will be in phase opposition when Z becomes infinite, that is to say for the natural frequency of the resonator. There is no difference in potential V ,, - V, when the resonator is at rest, that is to say when Z = 0.
In this case, the bridge is balanced to avoid disturbing oscillations, which is the goal of the circuit. We see. for this example that all of the branches 23 and 28, as well as the link between the top D and the collector of the transistor 25 constitute the positive feedback loop while the other two branches of the bridge and the link between the top B and I The emitter of transistor 25 constitute the feedback loop enclosing the compensating impedance 32 ', 32.
The capacitors 28 and 29 playing the role of a voltage divider could be replaced by other impedances; However, it should be noted that the presence of a capacity is compulsory, this one ensuring, with the