Устройство термокомпенсации кварцевого генератора Советский патент 1989 года по МПК H03B5/32 

-Ц/g

сд

О1

00

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний. Цель изобретения - повышение точности термокомпенсации. В устройство для достижения цели введены датчик 8 температуры, блок 9 дифференцирования, два масштабных преобразователя 10,11, два накапливающих сумматора 12,13, два ЦАП 14,15 и два блока 16 и 17 ФАПЧ. При различных скоростях изменения температуры динамическая составляющая изменения частоты ΔF_G =A₂DT/DT подавляется блоками 16,17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 перепрограммируемой памяти и подбором элементов блока 6 элементов управления частотой. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

дзиэЛ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний.,

Цель изобретения - повьшшние точности термокомпенсации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства термокомпенсации кварцевого генератора; о на фиг.2-4 - эпюры, поясняющие принцип его действия.

Устройство термокомпенсации кварцевого генератора содержит первый и второй кварцевые генераторы 1 и 2, 15 блок 3 вычитания частот, частотомер 4, блок 5 перепрограммируемой памяти, блок 6 элементов управления частотой, делитель 7 частоты, датчик 8 температуры, блок 9 дифференцирова- 20 ния, первый и второй масштабные преобразователи 10 и 11, первый и второй накапливающие сумматоры 12 и 13, пер- вый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦДЛ) 14 и 15 и первый и 25 второй блоки 16 и 17 фазовой автоподстройки частоты.

Первы} блок 16 состоит из фазового детектора 18, аналогового сумматора 19 и генератора 20, управляемого нап- 30 ряжением.

Второй блок 17 включает фазовый детектор 21, аналогов лй сумматор 22 и генератор 23, управляемый напряжением.

Первьп кварцев11й генератор 1 содержит кварцевый резонатор 24.

Второй кварцевый генератор 2 держит кварцсБЫ резонатор 25.

Как видно из фиг.4 (кривая а), закон изменения частоты выходного сигнала кварцевого резонатора 24 первого кварцевого генератора 1 выбирают монотонным, чтобы его частота fa соответствовала исключительно температуре. Частотные сигналы первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 (соответственно far f G- зависят как от самой температуры Т, так и скорости её изменения и определяются выражениями: dT

f,. f

01

+а,Т+,-dt

fc. fo.- , ад

dT

Tt

где

35

- коэффициенты разложения температурно-частотной характеристики (ТЧХ);

номинальные частоты первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2; а,,а - термодинамические коэффициенты частоты кварцевых резонаторов 24 и 25 первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 соответственно ,

Таким образом, при медленном изменении температуры Т частота первого кварцевого генератора 1 изменяется по линейному закону (фиг.4). Блок 5 запрограммирован при очень медленном изменении температуры, т.е. факти-

Я- оСОчески при --- и, поэтому предусмотрена операция сведения частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 к частотам, соответствующим Устройство термокомпенсации кварце- о „ статическим ТЧХ. Для этого предвого генератора работает следующим образом.

Кварцевый резонатор 25 второго кварцевого генератора 2 обеспечивает стабильн 1о частоту без термокомпен- . сации в пределах 2-10 при изменениях температуры в широком диапазоне (фиг.4, кривая б). Для температурной компенсации выходной частоты второго кварцевого генератора 2 первым включен кварцевый генератор 1 с кварцевым резонатором 24, температурный дрейф частоты которого должен значительно (на 2-3 порядка) превосходить температурный дре11ф частоты второго кварцевого генератора 2 с кварцевым резонатором 25 и составлять в том же диапазоне температур (фиг.4, кривая а) 5 -10- .

назначен датчик 8, соединенный с блоком 9 дифференцирования, на выходе которого формируется код N, пропорциональный скорости изменения темпе45м-т. -Й

ратуры;: - {- где К - коэффициент пропорциональности. Этот код поступает на входы первого .и второго масштабных преобразователей 10 и 11,

CQ На выходах которых формируются коды,

пропорциональные

dT

Ttи

dl аа-г- соот55

ветственно. Эти коды поступают на входы первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 соответственно, на управляющие входы которых поступают импульсы с второго выхода делителя 7. Таким образом, эти импульсы управляют процессом накопления кодов

Как видно из фиг.4 (кривая а), закон изменения частоты выходного сигнала кварцевого резонатора 24 первого кварцевого генератора 1 выбирают монотонным, чтобы его частота fa соответствовала исключительно температуре. Частотные сигналы первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 (соответственно far f G- зависят как от самой температуры Т, так и скорости её изменения и определяются выражениями: dT

f,. f

01

+а,Т+,-dt

fc. fo.- , ад

dT

Tt

где

- коэффициенты разложения температурно-частотной характеристики (ТЧХ);

номинальные частоты первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2; а,,а - термодинамические коэффициенты частоты кварцевых резонаторов 24 и 25 первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 соответственно ,

Таким образом, при медленном изменении температуры Т частота первого кварцевого генератора 1 изменяется по линейному закону (фиг.4). Блок 5 запрограммирован при очень медленном изменении температуры, т.е. факти-

Я- очески при --- и, поэтому предусмотрена операция сведения частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 к частотам, соответствующим „ статическим ТЧХ. Для этого предназначен датчик 8, соединенный с блоком 9 дифференцирования, на выходе которого формируется код N, пропорциональный скорости изменения темпе5м-т. -Й

ратуры;: - {- где К - коэффициент пропорциональности. Этот код поступает на входы первого .и второго масштабных преобразователей 10 и 11,

Q На выходах которых формируются коды,

пропорциональные

dT

Ttи

dl аа-г- соот

ветственно. Эти коды поступают на входы первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 соответственно, на управляющие входы которых поступают импульсы с второго выхода делителя 7. Таким образом, эти импульсы управляют процессом накопления кодов

5151

в первом н втором накапливающих сумматорах 12 и 13 соответственно. При переполнении первого и второго накап- ливаюпщх сумматоров 12 и 13 их содерт- жимое становится равным нулю. Поэтому на выходах первого и второго ЦАП 1А и 15 формируются пилообразные напряжения (на фиг.2 и 3) они показаны приближенно, строго они представляют собой ступенчато-пилообразные напряже- ния), частоты которых прямо пропорциональны членам а,-:- и а----.

Так, если скорость изменения температуры такова, что она влечет за собой уменьшение частоты первого кварцевого генератора 1 (или второго кварцевого генератора 2), то пилообразное напряжение на выходе ДАЛ 14 и 15 положительно и его частота пропорцио-

- dT . dT,

(),при этом это

напьна а,-т at

напряжение поступает на второй вход аналогового сумматора 19 (22), постепенно смещая по фазе колебания генератора 20 (23) по отношению к колебаниям первого (второго) кварцевого генератора 1 (2), а в момент времени t/ первый (второй) накапливающий сумматор 12 (13) переполняется, его содержимое становится равным нулю и фаза колебаний генератора 20 (23) вновь совпадает с фазой колебаний первого (второго) кварцевого генератора 1 (2). Как видно из фиг.2, за время от момента tо до момента t число импульсов генератора 20 (23) ца единицу больше числа импульсов первого (второго) кварцевого генератора 1 (2). Таким образом, при известных а и «t и известной измеренной скорости изменения температуры известны частоты, которые необходимо добавить (или отнять) от частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2, чтобы привести их частоты к статическим ТЧХ, и они соответственно равны:

f.

,. dT dt

.

dT dt

Следовательно, пилообразные напря- кварцевые резонаторы которых терми- жения различной крутизны, снимаемые с чески связаны, последовательно ссе- выходов 1Ш1 14 и 15 и вводимые в первый и второй блоки 16 и 17, позволяют сместить частоты генераторов 20 и 23

диненные блок вычита(ия частот, частотомер, блок перепрограммируемой памяти и блок элементов управления

ЗД6

на величины Л соотБетспзси- ио, при этом при противоположит скорости изменения температуры эти напряжения отрицательны (фиг.З), поэтому частоты генераторов 20 и 23 вьш. с частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2. Соответствующип выбором емкости первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 и коэф(})И- циента передачи блока 9 диф4)ере 1циро- вания добиваются того, что частоты на выходах генераторов 20 и 23 соответствуют статическим ТЧХ первого и второго, кварцевых генераторов 1 и 2, т.е. они равны соответственно:

70

0

Ji

- С f.

+ а,Т; J

1 а.Т ; 1 J

5

0

5

0

5

0

Частотные сигналы „ и ,подаются на входы блока 3 вычитания, на выходе которого формируется частотньй сигнал f j f ,jj-f ,;j , измеряемый частотомером. A , которьш получает опорный сигнал, поступающий с. первого выхода делителя 7 для управления процессом измерений частоты (например, частотой 0,5 Гц и длительностью импульса 1 с.

Выходной код частотомера А поступает на адресную шину блока 5, выходной код которого управляет блоком 6, элементы которого подобраны такими, чтобы компенсировать температурный дрейф частоты второго кварцевого генератора 2 во всем температурном диапазоне .

Таким образом, при различных скоростях изменения температуры динамическая составляющая изменения частоты

dT i3f g aj-- подавляется первым и

вторым блоками 16 и 17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 и подбором элементов блока 6.

Фор-мула изобретения

кварцевые резонаторы которых терми- чески связаны, последовательно ссе-

диненные блок вычита(ия частот, частотомер, блок перепрограммируемой памяти и блок элементов управления

71515334

частотой, выход которого подключен к входу управления второго кварцевого генератора, делитель частоты, первый выход которого подключен к входу управления частотомера, отличаю- щ е ,е с я тем, что, с целью повышения точности термокомпенсации, в него введены .первый блок фазовой автоподстройки частоты, который включен ходу второго блока фазовой автоподду выходом первого кварцевого генератора и первым входом блока вычитания частот, второй блок фазовой автоподстройки частоты, который включен меяоду выходом второго кварцевого ге- нератора и вторым входом блока вычитания частот, последовательно соединенные датчик температуры и блок дифференцирования, последовательно соединенные первый масштабный преобра- 20 Р первый вход которого является зователь, первый накапливающий сумма- входом блока фазовой автоподстройки.

частоты, аналогового сумматора и генератора, управляемого напряжением, выход которого подключен к второму входу фазового детектора и является выходом блока фазовой автоподстройки

тор и первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к

входу управления первого блока фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные второй масштабный преобразователь, второй накапливающий сумматор и второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого

25

частоты, при этом второй вход аналогового сумматора является входом управления блока фазовой автоподстройки

подключен к входу управления второго ЗО частоты.

I I I I I М I I I I I И I I I I I I I L i

)

I I I I I I 1 1 i I I I i I I i I I М

ii

to

U

)А

I I I I I I I I I I I I i I I I I I I I

Vf(tJi

Vto(U,

M I I I I M I I I I I I I M I I M I I

г/гЗ

8

блока фазовой автоподстройки частоты, при этом входы первого и второго масштабных преобразователей подключены к выходу блока дифференцирования, второй выход делителя частоты подключен к входам управления первого и второго накапливающих сумматоров, вход делителя частоты подключен к выстройки частоты, датчик температуры термически связан с кварцевыми резонаторами первого и второго кварцевых генераторов.

ii

фиг. 2

M I I M I I

fi

t

ФигЛ

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Рудай

Техред М.Моргентал Корректор Т. Мале ц

Заказ 6293/55

Тираж 884

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

1|одписное