CH517959A

CH517959A - Oscillateur à quartz pour appareil de mesure du temps

Info

Publication number: CH517959A
Application number: CH1381868A
Authority: CH
Inventors: Aizawa Susumu; Fujita Kinji
Original assignee: Suwa Seikosha Kk
Priority date: 1962-08-24
Filing date: 1963-08-06
Publication date: 1972-01-15
Also published as: CH403883A; US3270296A; CH1381868A4; CH971463A4

Description

Oscillateur à quartz pour appareil de mesure du temps
La présente invention a pour objet un oscillateur à quartz pour appareil de mesure du temps, comprenant un dispositif de compensation comprenant lui-même un condensateur variable pourvu de deux électrodes dont l'une est mobile.

On connaît déjà des oscillateurs à quartz dans lesquels un bimétal est associé à un condensateur de compensation de façon à écarter ou rapprocher des électrodes l'une de l'autre selon les variations de la température.

De tels oscillateurs ne peuvent pas être compensés exactement, car la variation de fréquence qui résulte de la variation de l'écartement des électrodes est une fonction exponentielle de la température alors que la variation de la fréquence du cristal est une fonction parabolique de la température.

On connaît aussi des condensateurs variables dont la ou les plaques mobiles sont liées à un axe de pivotement de sorte que le déplacement relatif des électrodes est obtenu par une rotation des plaques dans leur plan. On sait également que l'on peut obtenir une loi de variation quelconque de la capacité d'un tel condensateur en fonction de l'angle de rotation des plaques mobiles. De tels condensateurs ont été utilisés dans des circuits oscillants à fréquence de résonance variable. Des lames bimétalliques branchées dans des éléments parallèles du circuit oscillant et chauffées par le passage du courant réglaient à chaque instant la position du condensateur. Toutefois, la technique antérieure n'utilisait pas de condensateurs de ce genre dans des dispositifs modifiant certaines caractéristiques d'un circuit électrique en fonction de la température.

Le but de la présente invention est de réaliser un oscillateur à quartz pour appareil de mesure du temps du genre mentionné plus haut, qui assure une compensation exacte des variations de la fréquence du quartz en fonction de la température et qui présente une sensibilité améliorée par rapport aux dispositifs de compensation déjà connus tout en pouvant être réalisé dans des dimensions minimales.

Dans ce but, l'oscillateur selon l'invention est caractérisé en ce que l'électrode mobile est apte à tourner autour d'un axe et que l'autre est fixe par rapport à cet axe, en ce que l'électrode mobile est constituée par une plaque plane limitée par deux arcs de courbes symétriques par rapport à une ligne droite, celle-ci s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation de l'électrode mobile, et en ce que l'électrode mobile est reliée à un élément fixe du dispositif par une lame bimétallique assurant son déplacement en fonction de la température ambiante, la valeur de la capacité entre l'électrode mobile et l'électrode fixe étant maximale à une température déterminée et variant selon une loi parabolique lorsque la température augmente ou diminue par rapport à ladite température déterminée.

Etant donné les conditions particulières posées par la correction d'un oscillateur à quartz, on peut, dans le cadre de l'invention définie ci-dessus, donner aux plaques fixes et mobiles du condensateur des formes très simples qui peuvent être calculées exactement. Ainsi, dans une forme d'exécution particulière de l'oscillateur, la plaque fixe du condensateur a la forme d'une secteur de cercle alors que l'électrode mobile présente la forme d'une surface ayant un axe de symétrie radial, ladite surface étant limitée par deux arcs de cercle de même rayon se rejoignant sur l'axe de pivotement de l'électrode et au voisinage du bord incurvé de l'électrode fixe.

On peut ainsi réaliser un oscillateur à quartz comprenant un cristal à coupe DT ou un cristal à coupe NT, qui est bon marché, et obtenir un fonctionnement équi- valant à celui d'un oscillateur utilisant un cristal de quartz à coupe GT très onéreux.

Un exemple de réalisation de l'objet de l'invention est représenté schématiquement au dessin annexé dans lequel:
La fig. 1 est un schéma du circuit électrique d'un oscillateur à quartz ordinaire de type Hartley.

La fig. 2 est une représentation graphique indiquant les caractéristiques de température de l'oscillateur à quartz représenté en fig. 1.

La fig. 3 est un schéma du circuit électrique montrant un exemple de l'oscillateur à quartz dans lequel un condensateur de compensation a été inséré.

La fig. 4 est une représentation graphique indiquant le rapport de la variation de fréquence oscillante à celle de la capacité de condensateur CT lorsque l'oscillateur de la fig. 3 est maintenu à une température constante.

La fig. 5 est une représentation graphique dans laquelle les caractéristiques température/fréquence d'un oscillateur ordinaire à quartz et celle d'un oscillateur selon la fig. 3 sont comparées.

La fig. 6 est un schéma indiquant un exemple spécifique d'un condensateur de compensation, et
la fig. 7 est une représentation graphique indiquant le rapport entre la caractéristique température/fréquence de n'importe quel oscillateur à quartz et la caractéristique capacité/fréquence destinée à compenser ladite caractéristique température/fréquence.

Si l'on se réfère à la fig. 1 qui montre un exemple typique d'un oscillateur à quartz à transistor de type
Hartley, le cristal à quartz inséré dans le circuit oscille à sa fréquence propre. Celle-ci est déterminée par la condition de vibration dans laquelle le déterminant Åa = O dans l'équation caractéristique du circuit.

Cette condition est approximativement la suivante:
EMI2.1

Cette fréquence est déterminée approximativement par le cristal de quartz, mais sa valeur dépend légèrement de la capacité externe et, en outre, de diverses constantes du transistor.

La fig. 2 indique une caractéristique typique température/fréquence du circuit de la fig. 1 dans le cas où un cristal à quartz à coupe DT de fréquence inférieure à 100 kilocycles par seconde est employé. La variation de fréquence dans un intervalle de + 300C dans le voisinage de fréquence maximum est à peu près une parabole:
Åaf(T) = K(TTmaX)2 (2)
D'autre part, on a trouvé que la variation de fréquence d'un oscillateur dans lequel un condensateur de compensation est inséré en parallèle avec un cristal de quartz comme représenté en fig. 3 est celle représentée en fig. 4.

De plus, dans l'intervalle de variations très petites du condensateur de compensation Q, la variation de capacité et celle de la fréquence sont proportionnelles:
Af(C) = K2ACT (3)
Donc, en donnant au condensateur de compensation
Q une caractéristique qui tient compte de la caractéristique température du cristal de quartz, il est possible d'améliorer notablement la caractéristique température/ fréquence dudit oscillateur. Plus particulièrement, si la variation de capacité du condensateur de compensation est établie comme l'indique l'équation (4), la variation de fréquence f deviendra zéro comme l'indique l'équation (5).

ACv - 1 (T-Trnax) (4)
K2
Af = Af(T) + Af(C) = 0 (5)
La fig. 5 représente une comparaison entre la caractéristique température/fréquence d'un oscillateur usuel et celle de l'oscillateur décrit. Elle montre qu'il est possible de ramener la variation de fréquence à une très petite valeur dans un grand intervalle de température ambiante.

Un exemple d'exécution du condensateur de compensation Cr est illustré en fig. 6.

Ce condensateur comprend une électrode fixe 1 et une électrode mobile 2. Cette dernière est déplacée par une lame bimétallique 3 et donne une caractéristique de température conforme à l'équation (4). Quoique la caractéristique température/fréquence d'un oscillateur puisse varier conformément à une autre courbe, de quelque forme qu'elle soit, des résultats équivalents de compensation peuvent être obtenus en dimensionnant convenablement les électrodes du condensateur et en déplaçant l'une de ces électrodes au moyen de la lame bimétallique.

Un tel rapport est montré en fig. 7. Bien que la forme de réalisation particulière représentée en fig. 6 soit un exemple dans lequel la capacité peut être modifiée au moyen de la lame bimétallique, il est évident que d'autres méthodes d'accouplement d'un condensateur variable avec une lame bimétallique peuvent être réalisées.

On peut ainsi donner une excellente caractéristique température équivalant à celle d'un cristal coupe GT ou coupe AT à des cristaux de quartz de fréquences de l'ordre de quelques kilocycles par seconde, ce qui ne peut pas être réalisé par cristal coupe GT ou coupe AT.

Le dispositif décrit ci-dessus présente par rapport aux dispositifs connus mentionnés au début un avantage déterminant. Comme l'électrode mobile du condensateur est portée par un axe rotatif, la lame bimétallique peut être réalisée dans des dimensions extrêmement faibles, de sorte que sa déformation pour un écart de températures donné est relativement grande. Le dispositif présente donc une très grande sensibilité et réagit déjà à de très faibles variations de température. Cette disposition permet ainsi de réaliser une correction de température qui stabilise la fréquence du quartz, et constitue une base de temps extrêmement précise. L'électrode mobile du condensateur est constituée par une plaque plane présentant deux sommets et dont les bords forment deux courbes convexes symétriques. Ces courbes peuvent être des arcs de cercle ou des arcs de parabole.

Claims

REVENDICATION

Oscillateur à quartz pour appareil de mesure du temps, comprenant un dispositif de compensation comprenant lui-même un condensateur variable pourvu de deux électrodes dont l'une est mobile, caractérisé en ce que l'électrode mobile est apte à tourner autour d'un axe et que l'autre est fixe par rapport à cet axe, en ce que l'électrode mobile est constituée par une plaque plane limitée par deux arcs de courbes symétriques par rapport à une ligne droite, celle-ci s'étendant radialement par rapport à l'axe de rotation de l'électrode mobile, et en ce que l'électrode mobile est reliée à un élément fixe du dispositif par une lame bimétallique assurant son déplacement en fonction de la température ambiante,

la valeur de la capacité entre l'électrode mobile et l'électrode fixe étant maximale à une température déterminée et variant selon une loi parabolique lorsque la température augmente ou diminue par rapport à ladite température déterminée.

SOUS-REVENDICATIONS 1. Oscillateur selon la revendication, caractérisé en ce que la lame bimétallique présente une extrémité fixe par rapport à la seconde électrode et une extrémité liée à la première électrode.

2. Oscillateur selon la revendication, caractérisé en ce que l'électrode fixe a la forme d'un secteur de cercle, alors que l'électrode mobile présente la forme d'une surface limitée par deux courbes convexes se rejoignant sur l'axe de pivotement de l'électrode et au voisinage de bord incurvé de l'électrode fixe.

3. Oscillateur selon les sous-revendications 1 et 2, caractérisé en ce que celle des extrémités de la lame bimétallique qui est liée à l'électrode mobile lui est liée au voisinage du point de jonction desdites courbes voisin du bord incurvé de l'électrode fixe.

Ecrits et images opposés en cours d'examen Brevet britannique No 745290 Brevet français No 692479 Brevet USA N" 2860249 W. Otto: Eine elektrische Quarzuhr hoher Genauigkeit; Fernmelde-Praxis , numéro de février 1960, pages 97 à 99 F. Terman: Radio Engineers' Handbook, McGraw-Hill Book Company, New York et Londres (1943), pages 121 à 123