FR2499785A1 - Oscillateur pilote par quartz - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN OSCILLATEUR PILOTE AU QUARTZ COMPORTANT DEUX TRANSISTORS 1, 2, AUX CONNEXIONS DE BASE DESQUELS EST AMENEE CHAQUE FOIS LA TENSION DE COLLECTEUR DE L'AUTRE TRANSISTOR, UN DIPOLE 10, 11 AVEC UN QUARTZ OSCILLANT ETANT MONTE DANS LA BRANCHE D'EMETTEUR D'UN TRANSISTOR 11. LA TENSION DE COLLECTEUR EST AMENEE PAR L'INTERMEDIAIRE DE CHAQUE FOIS UNE JONCTION SEMI-CONDUCTRICE 5, 9. LORSQUE LA TENSION D'ALIMENTATION EST SUFFISAMMENT FAIBLE, LA FREQUENCE D'OSCILLATEUR EST INDEPENDANTE DANS UNE LARGE MESURE DES PHENOMENES DE SATURATION DES TRANSISTORS. DANS LE CAS DE REALISATION DANS LA TECHNIQUE DES CIRCUITS INTEGRES IL NE FAUT QU'UNE SEULE CONNEXION EXTERIEURE ADDITIONNELLE 12 POUR CONNECTER LE QUARTZ.

Description

"Oscillateur piloté par quartz".

L'invention concerne un oscillateur piloté par quartz comportant deux transistors dont les collecteurs sont connectés chacun par l'intermédiaire d'une impédance ollecteur à un pôle d'une source de tension continue et par l'intermédiaire d'au moins une jonction semiconductrice à la base de chaque fois l'autre transistor, un dip5le comportant un quartz oscillant étant connecté

à l'émetteur du premier transistor.

Un tel oscillateur piloté par quartz est connu du brevet des Etats-Unis d'Amérique Ne. 3.824.491. Les émetteurs des deux transistors sont reliés chacun par l'intermédiaire d'une source de

courant continu à la masse et sont interconnectés par l'intermédiai-

re du dipôle comportant le quartz oscillant. Tous les transistors sont de même type de conduction, de sorte qu'en principe, le circuit peut être réalisé dans la technique de circuits intégrés. Toutefois, il faut prévoir deux connexions pour connecter le dipôle comportant

le quartz.

De plus, du Zeitschrift "Funkschau" 1980, volume 20, est connu un oscillateur piloté par quartz comportant deux transistors de types de conduction opposés présentant chacun une impédance de collecteur et une impédance d'émetteur, dont les connexions de base sont connectées à la branche de collecteur de chaque fois l'autre transistor, le dipole comportant le quartz étant monté en parallèle à une résistance d'émetteur. Toutefois, du fait que le transistor présente des types de conduction opposés, ce circuit ne peut guère être réalisé dans la technique de circuits intégrés. De plus, il se produit le risque que la diode collecteur-base d'au moins l'un des

transistors devienne conductrice et que ce transistor soit saturé.

Toutefois, la réduction des porteurs de charge y liés dans le transistor se traduit par des retards qui ont pour effet qu'au moins aux fréquences de 5 MHz et de valeurs plus élevées, la fréquence

d'oscillateur n'est pas uniquement déterminée par le quartz.

-2- La présente invention vise à fournir un circuit dans lequel des transistors de même type de conduction peuvent être utilisés et dont les éléments actifs et passifs - à l'exception du dipSle avec le quartz oscillant - peuvent être réalisés dans la technique de circuits intégrés, une seule connexion extérieure additionnelle étant prévue pour connecter le dipôle et la fréquence d'oscillateur

n'étant pratiquement pas influencée par des phénomènes de satura-

tion. Partant d'un oscillateur piloté par quartz du genre mentionné dans le préambule, ce but est atteint du fait que les émetteurs

des premier et second transistors sont connectés chacun par l'in-

termédiaire d'une impédance d'émetteur conductrice pour le courant continu à l'autre pôle de la source de tension continue, le produit des impédances d'émetteur étant supérieur au produit des impédances

de collecteur, que le dipôle et l'impédance d'émetteur d'un tran-

sistor sont montés en parallèle et que la tension d'alimentation est choisie si faible que les diodes collecteur-base du premier transistor et du second transistor sont toujours à l'état non conducteur. A toutes les fréquences, abstraction faite de la fréquence de résonance de charge, le gain en boucle est inférieur à l'unité, du fait qu'il est essentiellement déterminé par les impédances de collecteur et d'émetteur. Grâce au fait que le dipôle est monté en parallèle avec l'impédance d'émetteur d'un transistor, son gain est augmenté à la fréquence de résonance de charge de façon que le gain en boucle correspondant au produit des gains des deux transistors soit supérieur à l'unité à cette fréquence. De ce fait, le circuit d'oscillateur oscille à la fréquence de résonance de charge, lorsque la tension d'alimentation est choisie suffisamment faible, on est assuré que la diode collecteur-base de chaque transistor du

circuit reste non conductrice à chaque phase de l'oscillation.

Une autre forme de réalisation de l'invention prévoit que le rapport entre l'impédance de collecteur et l'impédance d'émetteur pour les deux transistors est égal et que les électrodes de collecteur des deux transistors sont couplées par l'intermédiaire du même nombre de jonctions semiconductrices à la base de chaque fois l'autre transistor, les jonctions semiconductrices étant de préférence réalisées comme émetteur suiveur. Il en résulte les -3- mêmes tensions continues aux deux sorties de l'émetteur suiveur, ce qui permet d'exciter un étage suivant présentant une entrée symétrique.

La description ci-après, en se référant au dessin annexé,

le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre

comment l'invention peut être réalisée.

Le circuit comprend un transistor 1 dont l'émetteur est

relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 3 de 1 kohm.

Le collecteur est relié à une tension d'alimentation positive par l'intermédiaire d'une résistance 4 de 500 ohms et est connecté en outre à la base d'un transistor 5 dont l'émetteur est relié à la base d'un transistor 2 et dont le collecteur est également connecté

à la tension d'alimentation positive.

L'émetteur du transistor 2 est relié à la masse par l'inter-

médiaire d'une résistance 6, qui présente également lkohm et avec laquelle est monté en parallèle un condensateur 7 de 2 pF, pour empêcher une réduction du gain en boucle aux fréquences situées dans la gamme de la fréquence d'oscillateur. Le cas échéant, le condensateur 7 peut être omis lorsque la réduction du gain des transistors à la fréquence d'oscillateur est faible. Le collecteur du transistor 2 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 8 présentant également 500 ohms à la tension d'alimentation positive et connecté à la base d'un transistor 9 dont l'émetteur est relié à la base du transistor 1 et dont le collecteur est également connecté à la tension d'alimentation positive. Tous les transistors

sont de même type de conduction (npn).

La tension d'alimentation positive est fournie par l'émetteur d'un transistor 13 qui est monté comme émetteur suiveur et dont le collecteur est connecté à un potentiel de tension continue plus positif UB, par exemple + 10V et par l'intermédiaire d'une résistance 14 à un générateur de tension de polarisation constitué par 6 diodes montées en série dans le sens de conduction; les diodes peuvent être formées chacune par un transistor dont la base est reliée à un collecteur. Le potentiel au point de jonction de la résistance 14 et du générateur de tension de polarisation 15 auquel est connectée la base du -4- transistor 13 est égal à 6 fois la tension base-émetteur ube d'un transistor monté dans le sens de conduction. A l'émetteur du transistor 13, le potentiel est inférieur de la tension de polarisation base-émetteur de ce transistor, c'est-à-dire que la tension d'alimentation du circuit d'oscillateur est égale à fois la tension base-émetteur d'un transistor et se situe ainsi entre 3 et 4 V. Avec le dimensionnement donné ci-dessus, la tension continue de collecteur des transistors 1 et 2 est de 4 ube et le potentiel

d'émetteur des émetteurs suiveurs 5 et 9 (et, de ce fait, égale-

ment le potentiel de base des transistors 1 et 2) est égal à 3 ube La résistance d'émetteur 3 du transistor 1 est montée en parallèle à un dipôle constitué par le montage en série d'un condensateur 10

de 22 pF, qui peut être omis, le cas échéant, et un quartz oscil-

lant 11 pour 13,8 MHz. Une connexion du dipôle est reliée à la masse et l'autre à une borne 1, qui est reliée de façon directe à

l'émetteur du transistor 1.

A toutes les fréquences, abstraction faite de la fréquence de résonance de charge du quartz oscillant, le gain des deux transistors 1 et 2 (le gain de l'émetteur suiveur 5, 9 est égal à l'unité) est pratiquement uniquement déterminé par les résistances d'émetteur 3, 6 et les résistances de collecteur 4, 8. Avec le dimensionnement donné ci-dessus, il se situe à 0, 5, de sorte qu'il s'obtient un gain en boucle de 0,25, ce qui signifie que le circuit ne peut pas osciller à ces fréquences. Toutefois, à la fréquence de résonance de charge, le dipôle 10, 11 constitue une impédance qui est essentiellement inférieure à la résistance

d'émetteur 3 du transistor 1, de sorte que son gain est essen-

tiellement plus élevé à cette fréquence. Lorsque la résistance en

série du quartz oscillant 11 est suffisamment faible (dans l'ex-

xemple donné à 100 Ohm ou moins), le gain en boucle est supérieur à l'unité, de sorte que le circuit oscille à la fréquence de résonance de charge. La tension d'oscillateur peut être prélevée entre les émetteurs des transistors 5 et 9 montés comme émetteurs

suiveurs.

L'amplitude de l'oscillation au collecteur du transistor 1 -5- est au maximum égale à la chute de tension continue à la résistance 4, qui est égale à la tension base-émetteur d'un transistor à la grandeur donnée de la tension d'alimentation. Au moment critique de l'oscillation par rapport à la saturation, lorsque le potentiel de collecteur du transistor 1 présente en effet sa valeur la plus basse ( 3ube), le potentiel de collecteur du transistor (2) est de 4,5 ube et le potentiel de base du transistor (1) est de 3,5 ube, de sorte que le potentiel de base n'est plus positif que de la moitié d'une tension de polarisation base-émetteur par rapport au potentiel de collecteur, ce qui ne suffit pas pour rendre la diode collecteur-base du transistor conductrice et pour

la porter en saturation.

En principe, le collecteur de chacun des deux transistors 1, 2 peut être relié par l'intermédiaire de plus d'un émetteur suiveur à la base de chaque fois l'autre transistor. Il en résulte une augmentation des frais, il est vrai, mais cela permet des tensions d'alimentation plus élevées et, de ce fait, des amplitudes d'oscillateur plus élevées, sans que l'un des deux transistors 1, 2 ne devienne saturé. De plus, il n'est pas nécessaire que le rapport entre les résistances de collecteur et les résistances d'émetteur pour les deux transistors soit égal et corresponde à 0,5. Il est cependant d'importance que ces résistances soient mesurées de façon (le dipUle 10, 11 étant isolé) que le gain en boucle soit toujours

inférieur à l'unité.

Lorsque les gains des deux transistors 1 et 2 sont choisis égaux et que leurs collecteurs sont reliés à la base de chaque

fois l'autre transistor par l'intermédiaire du nombre égal d'émet-

teurs suiveurs, les diodes collecteur-base des transistors 1 et 2 respectivement sont empêchées de devenir conductrices lorsqu'il

s'applique la relation suivante.

m 4 (n+l). (k+l).

k étant le quotient des résistances d'émetteur et de collecteur d'un transistor, donc le rapport par exemple entre la résistance 3

et la résistance 4, n le nombre d'émetteurs suiveurs par l'inter-

médiaire desquels le collecteur d'un transistor est couplé à la base de l'autre transistor et m un nombre indiquant le nombre de fois que la tension d'alimentation du circuit d'oscillateur est -6- supérieure à la tension de base-émetteur d'un transistor. A ce sujet, on a admis que les tensions de base-émetteur de tous les transistors sont égales et que le trajet collecteur-base d'un transistor devient conducteur lorsque le potentiel de base est plus positif de la tension de base émetteur que le potentiel de collecteur (dans le cas de transistors npn). Lorsque le trajet collecteur-base devient déjà conducteur à des valeurs plus basses, la tension d'alimentation doit être plus petite. A l'inverse, elle

doit être plus élevée.

Comme l'indique le bloc en traits interrompus 16, le circuit d'oscillateur peut être réalisé dans la technique des circuits intégrés. Pour connecter le dipôle comprenant le quartz oscillant

11 il n'est besoin que d'une seule connexion extérieure addition-

nelle 12.

Dans l'exemple de réalisation, le trajet base-émetteur d'un transistor est utilisé comme jonction semiconductrice. Toutefois, au lieu de ce dernier peut également être utilisée une autre

jonction semiconductrice (pn ou np), par exemple une diode semi-

conductrice. -7-

Claims (4)

REVENDICATIONS

1. Oscillateur piloté par quartz comportant deux transistors dont les collecteurs sont connectés chacun par l'intermédiaire d'une impédance de collecteur à un pôle d'une source de tension

continue et par l'intermédiaire d'au moins une jonction semicon-

ductrice à la base de chaque fois l'autre transistor, un dip3le comportant un quartz oscillant étant connecté à l'émetteur du

premier transistor, caractérisé en ce que les émetteurs des pre-

mier et second transistors (1,2) sont connectés chacun par l'inter-

médiaire d'une impédance d'émetteur conductrice (3, 6) pour le courant continu à l'autre pôle de la source de tension continue, le produit des impédances d'émetteur (3, 6) étant supérieur au produit des impédances de collecteur (4, 8), que le dipôle (10, 11) et l'impédance d'émetteur (3) d'un transistor (1) sont montés

en parallèle et que la tension d'alimentation est choisie si fai-

ble que les diodes collecteur-base du premier transistor (1) et du

second transistor (2) sont toujours à l'état non conducteur.

2. Oscillateur piloté par quartz selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre l'impédance de collecteur

(41, 8 respectivement) et l'impédance d'émetteur (3, 6 respective-

ment) pour les deux transistors (1, 2 respectivement) est égal et que les électrodes de collecteur des deux transistors (1, 2) sont

couplées chaque fois par l'intermédiaire d'un nombre égal d'émet-

teurs suiveurs (5, 9).

3. Oscillateur piloté par quartz selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'impédance d'émetteur (3, 6) est égale au

double de l'impédance de collecteur (4, 8), que les deux transis-

tors sont couplés entre eux chaque fois par l'intermédiaire d'un émetteur suiveur (5, 9) et que la tension d'alimentation est cinq fois plus élevée que la tension de polarisation de base émetteur

d'un transistor conducteur.

4. Oscillateur piloté par quartz selon la revendication 3, caractérisé en ce que la tension d'alimentation est fournie par un -8- émetteur suiveur (13), à la base duquel est amenée la tension de six diodes (15) traversées par un courant continu dans la direction

de circulation, montées en série dans le même sens de conduction.