ТЕРМОРЕГУЛЯТОР ТЕРМОСТАТИРОВАННОГО ГЕНЕРАТОРА И СПОСОБ НАСТРОЙКИ ДАННОГО ТЕРМОРЕГУЛЯТОРА Российский патент 2012 года по МПК H03B5/32 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве терморегулирующего устройства термостата в термостатированном генераторе.

Генератор с пьезоэлектрическим резонатором - один из основных узлов приемопередающих устройств, систем обработки информации, систем единого времени, телекоммуникационных систем, систем мобильной связи, средств измерения. Наибольший вклад в нестабильность частоты пьезоэлектрического генератора вносит влияние изменения температуры окружающей среды на резонатор. Поддержание постоянной температуры пьезопластины резонатора является одним из методов уменьшения нестабильности частоты.

Одним из известных решений по уменьшению статической погрешности температуры статирования может быть использование двойного термостатирования [Ингберман М.И., Фромберг Э.М., Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи / М.: Связь, 1979. - С.17], когда первый термостат, содержащий объект термостатирования, помещают внутри более грубого внешнего термостата. Но у такого решения есть существенные недостатки: увеличение габаритных размеров, массы и потребляемой мощности.

Другим более близким к предлагаемому изобретению является использование тепловой компенсации статической погрешности температуры статирования с использованием дополнительного компенсационного подогревателя [Ингберман М.И., Фромберг Э.М., Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи / М.: Связь, 1979, с.47]. Недостатком такого решения является конструктивное усложнение термостата, связанное с размещением дополнительного компенсационного подогревателя вблизи датчика температуры.

Известны способы повышения точности термостатирования путем введения в схему терморегулятора дополнительных датчиков температуры [Walls F. Analysis of high performance compensated thermal enclosures // 41^st annual frequency control symposium. - 1987. - Р.439-443.].

Наиболее близкое к предлагаемому решению описано в патенте РФ №2122278, МПК Н03В 5/32, 1998, «Термостатированный кварцевый генератор и способ настройки его терморегулятора» (прототип). В прототипе для повышения точности термостатирования кварцевого генератора схема термочувствительного моста снабжена дополнительным термочувствительным плечом с дополнительным термодатчиком и резистором связи.

К недостаткам прототипа можно отнести трудоемкость, а порой и невозможность, проведения следующих действий, осуществляемых при настройке терморегулятора в конструкции работающего малогабаритного термостатированного генератора: 1) точного измерения напряжения между точками подключения резистора связи, 2) настройки на экстремум зависимости частоты генератора с помощью подбора величины резистора связи. Основная трудность вызвана тем, что резистор связи в прототипе подключается обоими выводами к внутренним точкам схемы с ненулевыми потенциалами.

Задачей предлагаемого решения является уменьшение статической погрешности температуры статирования и тем самым уменьшение температурной нестабильности опорной частоты выходного сигнала генератора с одноступенчатым термостатом до уровня сравнимого с температурной нестабильностью опорной частоты выходного сигнала генератора с двойным термостатом при меньших габаритах, меньшей потребляемой мощности и меньшей трудоемкости настройки терморегулятора.

Сущность изобретения заключается в том, что изменение сопротивления компенсационного датчика температуры, входящего в добавленную к схеме мостового терморегулятора Т-образную резистивную цепь, приводит к автоматической коррекции величины температуры статирования в термостате при изменении внешней температуры. Компенсационный датчик температуры размещен в генераторе так, что его температура при нормальных внешних условиях ниже, чем температура основного датчика, по меньшей мере на 0,5°С, и отклонение температуры в месте расположения компенсационного датчика от изменения внешней температуры генератора больше по значению, чем в месте расположения основного термодатчика. В результате действия введенной Т-образной резистивной цепи температура в области пьезопластины резонатора становится более стабильной при изменениях внешней температуры. На Фиг.1. представлена схема предлагаемого терморегулятора.

Терморегулятор термостатированного генератора (Фиг.1) содержит термочувствительный мост с опорным плечом 3 (R6, R7) и термочувствительным плечом 1 (R1, R2) с основным датчиком температуры R2, размещаемым вблизи нагревателя и резонатора, усилитель дифференциального сигнала 4, нагреватель 5, Т-образную резистивную цепь 2 (R3, R4, R5), включенную двумя выводами в диагональ термочувствительного моста между точками "А" и "Б" и третьим выводом к общей точке схемы "О", причем один из резисторов диагональной ветви моста R3 является компенсационным датчиком температуры и размещен в любом месте генератора так, чтобы его температура при нормальных внешних условиях была ниже, чем температура основного датчика, по меньшей мере на 0,5°С.

Уменьшение статической погрешности температуры статирования достигается тем, что изменение величины сопротивления компенсационного датчика температуры R3 от влияния изменения окружающей температуры приводит к такому изменению выделяемой тепловой мощности в нагревателе, что отклонения температуры в области пьезопластины резонатора становятся меньше, чем в области расположения основного датчика температуры R2. При этом происходит компенсация статической погрешности температуры статирования, вызываемой наличием температурного градиента между нагревателем, резонатором и термодатчиком вследствие несовпадения их местоположений в пространстве.

Способ настройки терморегулятора термостатированного генератора включает настройку частоты генератора на экстремум зависимости опорной частоты выходного сигнала генератора от температуры изменением сопротивления R1, включенного в одно с основным датчиком температуры R2 термочувствительное плечо 1 моста при нормальных внешних условиях и отключенной Т-образной резистивной цепи 2, затем при этой же температуре и электрически отключенной Т-образной резистивной цепи 2 измеряют значение сопротивления компенсационного датчика температуры R3, после чего устанавливают значение сопротивления резистора R5 равным полученному, далее электрически подключают Т-образную цепь 2 к термочувствительному мосту между точками "А" и "Б" и при другой температуре в границах рабочего диапазона, например на нижней границе при помощи резистора R4 Т-образной резистивной цепи 2, подключаемого к общей точке "О", настраивают устройство так, чтобы статическая погрешность температуры статирования пьезоэлемента резонатора была минимальна, при этом последнюю операцию можно контролировать как по отклонению основной опорной частоты сигнала на выходе термостатированного генератора, так и по отклонению частоты термочувствительной моды резонатора.

Результатом применения изобретения являются создание термостатированного генератора с температурной стабильностью частоты не хуже ±1·10^-9 без применения схемы двойного термостатирования и сокращение времени на настройку терморегулятора из-за более легкого доступа к общей точке схемы терморегулятора при настройке значения сопротивления резистора R4.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в качестве терморегулирующего устройства термостата в термостатированном генераторе. Технический результат - уменьшение статической погрешности температуры статирования и тем самым уменьшение температурной нестабильности опорной частоты выходного сигнала генератора с одноступенчатым термостатом до уровня сравнимого с температурной нестабильностью опорной частоты выходного сигнала генератора с двойным термостатом при меньших габаритах, меньшей потребляемой мощности и меньшей трудоемкости настройки терморегулятора. В схему терморегулятора дополнительно введена Т-образная резистивная цепь с термочувствительным сопротивлением, играющим роль компенсационного датчика температуры. Терморегулятор позволяет производить компенсацию статической погрешности температуры статирования пьезоэлемента резонатора, возникающей от изменения температуры внешней среды и вследствие несовпадения местоположений в пространстве пьезоэлемента резонатора, датчика температуры и нагревателя. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Терморегулятор термостатированного генератора, содержащий термочувствительный мост с опорным плечом 3 (R6, R7) и термочувствительным плечом 1 (R1, R2) с основным датчиком температуры R2, отличающийся тем, что в диагональ термочувствительного моста между точками подключения входов усилителя дифференциального сигнала "А" и "Б" включена Т-образная резистивная цепь 2 (R3, R4, R5), третий вывод которой подсоединен к общей точке соединения опорного и термочувствительного плеч моста "О", причем один из резисторов диагональной ветви моста является компенсационным датчиком температуры R3, и размещен в любом месте генератора, так что его температура при нормальных внешних условиях ниже, чем температура основного датчика по меньшей мере на 0,5°С.

2. Способ настройки терморегулятора термостатированного генератора включает настройку частоты генератора на экстремум зависимости опорной частоты выходного сигнала генератора от температуры изменением сопротивления резистора R1, включенного в одно с основным датчиком температуры R2 термочувствительное плечо 1, при нормальных внешних условиях и отключенной Т-образной цепи 2, отличающийся тем, что при этой же температуре и электрически отключенной Т-образной резистивной цепи 2 измеряют значение сопротивления компенсационного датчика температуры R3, после чего устанавливают значение сопротивления резистора R5 равным полученному и далее электрически подключают Т-образную цепь 2 к термочувствительному мосту между точками "А" и "Б" и при другой температуре в границах рабочего диапазона генератора, например, на нижней границе, при помощи резистора R4 Т-образной цепи 2, подключаемого к общей точке "О", настраивают устройство, так чтобы статическая погрешность была минимальна, при этом последнюю операцию можно контролировать как по отклонению основной опорной частоты сигнала на выходе термостатированного генератора, так и по отклонению частоты термочувствительной моды резонатора, если конструкцией автогенератора предусмотрена такая возможность.