Кварцевый генератор Советский патент 1992 года по МПК H03B5/32 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах стабилизации частоты.

Известен кварцевый генератор, содержащий активные и пассивные элементы генератора, расположенные на внутренней стороне крышки кварцедержателя, кварцевый резонатор и кварцедержатель, состоящий из керамического кольца и двух крышек.

Однако известный генератор имеет низкую температурную стабильность изза отсутствия термостата и герметичности. При этом во внутренней области пространства, где расположены активные и пассивные элементы, кварцевый резонатор, возникают температурные градиенты.Кроме того,плохой теплоизоляции с окружающим пространством способствует применение материалов с высокой теплопроводностью. Все это в целом снижает температурную стабильность генератора.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее вакуумированный стеклянный баллон, металлическую камеру,в которой находится пьезоэлемент, терморезисторный датчик, нагреватель, теплоизоляционную пластину и электрические выводы,.

Однако известное устройство имеет низкую температурную стабильность из-за притока тепла из вне через теплоизоляционную пластину и электрические выводы.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности частоты выходных колебаний.

Поставленная цель достигается тем, что в кварцевом генераторе,содержащем кварцевый автогенератор и преобразователь переменного тока в постоянный ток, которые размещены в герметизированном цилиндрическом сосуде, а также силовой трансформатор, вторичная обмотка которого через преобразователь переменного тока в постоянный подключена к кварцевому автогенератору, при этом герметизированный цилиндрический сосуд выполнен с двумя стенками, которые изолированы друг от друга, стенки герметизированного цилиндрического сосуда изолированы друг от друга введенными теплоизоляционными прокладками, введен конденсатор с воздушным диэлектриком, который размещен между стенками герметизированного цилиндрического сосуда, при этом первый вывод конденсатора с воздушным диэлектриком через первый герметизированный ввод, который размещен во внутренней стенке герметизированного

цилиндрического сосуда, подключен к выходу кварцевого автогенератора, второй вывод конденсатора с воздушным диэлектриком подключен к второму герметизированному вводу, который расположен во внешней стенке герметизированного цилиндрического сосуда и является выходом кварцевого генератора, а сердечник силового трансформатора выполнен из двух частей, одна часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена вторичная обмотка силового трансформатора, размещена внутри герметизированного цилиндрического сосуда, а другая часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена первичная обмотка силового трансформатора, размещена снаружи герметизированного цилиндрического сосуда, расстояние между внутренними и внешними стенками герметизированного цилиндрического сосуда выбрано из соотношения:

DI

D2

где DI и D2 - диаметры внутренней и-внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда соответственно, длины внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда выбраны из соотношения

10 11

l2

где И и la - длины внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда соответственно.

Для обоснования изобретения была снята опытным путем зависимость

-д-j-j- от соотношения Di/D2, где (7т тепловая проводимость;

я- константа;

А - удельная теплопроводность изоляции; ,

2li-длина внутренней полости;

DI и 02-диаметры внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда соответственно.

Из анализа этой зависимости можно определить оптимальные размеры внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда.

Низкая температурная стабильность всех известных кварцевь1х генераторов объясняется наличием плохой теплоизоляции внутренней полости термостата от окружающей среды. Этому способствует наличие теплоизоляционной пробки в случае применения сосуда Дьюара или наличия проводников с высокой теплопроводностью для осуществления электрической связи со схемой кварцевого генератора (подача электрического питания, съем высокостабильных колебаний и т.д.).

В предложенном устройстве внутренняя стенка герметизированного цилиндрического сосуда изолирована от его внешней и удерживается в ней с помощью теплоизоляционных прокладок, выполненных из теплоизоляционного материала и имеющих малую площадь соприкосновения со стенками сосуда. Связь с кварцевым автогенеpatopoM осуществляется по переменной составляющей электрического тока через конденсатор с воздушным диэлектриком, крепящийся при помощи металлических проводников.

Теплоизоляционная пробка, изолирующая объем цилиндрического сосуда от энешней среды, отсутствует, что также улучшает теплоизоляционные свойства кварцевого генератора. Электрическое питание кварцевого генератора осуществляется с помощью силового трансформатора, сердечник которого выполнен из двух частей. Одна часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена вторичная обмотка силового трансформатора, размещена внутри герметизированного цилиндрического сосуда, а другай часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена первичная обмотка силового трансформатора, размещена снаружи герметизированного цилиндрического сосуда..

Предложенная конструкция электрического питания кварцевого генератора позволяет обеспечить высокую теплоизоляцию внутреннего объема герметизированного цилиндрического сосуда от внешней среды.

Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что отсутствуют потери тепла из-за переноса тепловой энергии через теплоизоляционную пробку и потери изза переноса тепла по внутренней стенке герметизированного цилиндрического сосуда.

На фиг. 1 изображен кварцевый генератор в продольном сечении А-А на фиг. 2; на фиг. 2 - генератор в поперечном сечении В-В на фиг. 1; на фиг. 3 - вид генератора в изометрии.

. Кварцевый генератор содержит кварцевый автогенератор 1, преобразователь 2 переменного тока в постоянный ток, внешнюю стенку 3 герметизированного цилиндрического сосуда, внутреннюю стенку 4-гермети; зированного цилиндрического сосуда,

теплоизоляционные прокладки 5, конденсатор 6 с воздушным диэлектриком, вторую часть 7 сердечника силового трансформатора,, первую часть 8 сердечника силового трансформатора, первичную

0 обмотку 9 силового трансформатора, вторичную обмотку 10 силового трансформатора, первый 11 и второй 12 герметизированные вводы.

Кварцевый генератор конструктивно

5 представляет собой герметизированный цилиндрический сосуд, на внешнюю стенку 3 которого насажена первая часть 8 сердечни КЗ силового трансформатора с первичной его обмоткой 9.

0 Внутренняя стенка 4 герметизированного цилиндрического сосуда находится внутри внешней стенки 3 этого сосуда и изолирована от нее с помощью теплоизоляционных прокладок 5,выполненных из теплоизоляционного материала. Между внешней 3 и внутренней 4 стенками герметизированного цилиндрического сосуда находится конденсатор 6 с воздушным диэлектриком, электрические выводы которого удерживаются в первом 11 и втором 12 герметизированных вводах.

При этом первый вывод конденсатора 6 с воздушнымдиэлектриком подключен к выходу кварцевого автогенератора 1, а второй

5 вывод конденсатора 6 подключен к второму герметизированному вводу 12, который расположен во внешней стенке 3 герметизированного цилиндрического сосуда и является выходом кварцевого генератора.

0Во внутреннем объеме, образованном

внутренней стенкой 4 герметизированного Цилиндрического сосуда, расположены: кварцевый автогенератор 1, к которому под ключен выход преобразователя 2 переменного тока в постоянный, вход которого подключен к вторичной обмотке силового трансформатора 10, намотанной на вторую часть сердечника силового трансформатора 7, размещенной во внутреннем объёме, образованного внутренней стенкой 4 герметизированного цилиндрического сосуда.

Кварцевый генератор (фиг. 1) работает следующим образом.

При подключении переменного напряжения к первичной обмотке 9 силового трансформатора возникает переменное магнитное поле. Силовые линии переменного магнитного поля пронизывают вторую часть 7 сердечника силового трансформатора. При этом во вторичной обмотке 10 силоBoro трансформатора за счет ЭДС взаимоиндукции протекает переменный ток, а следовательно, возникает переменное напряжение. За счет подбора коэффициента трансформации выбирают необходимую величину переменного напряжения во вторичной обмотке 10 силового трансформатора. Переменное напряжение с вторичной обмотки 10 силового трансформатора прикладывается к входу преобразователя 2 переменного тока в постоянный. Преобразователь 2 осуществляет выпрямление напряжения, фильтрацию и его стабилизацию. Стабилизированное постоянное напряжение с выхода преобразователя 2 прикладывается к кварцевому автогенератору 1 с системой термостабилизации. При выполнении баланса фаз и амплитуд на выходе кварцевого автогенератора 1 возникает переменное напряжение с номинальной частотой, которое и снимается с выхода кварцевого автогенератора 1 через конденсатор 6 с воздушным диэлектриком. Система термостабилизации обеспечивает работу кварцевого резонатора генератора на экстремуме температурно-частотной характеристики ().

Предлагаемая конструкция кварцевого генератора обеспечивает надежную теплоизоляцию внутреннего обьема герметизированного цилиндрического сосуда от внешней среды.

Повышение температурной стабильности кварцевого генер-атора достигается за счет применения двух независимых обьемов, образованных внешней 3 и внутренней 4 стенками герметизированного цилиндрического сосуда и образованной между ними кольцевой вакуумированной полостью. Таким образом, внутренний объем, а следовательно, и рабочая камера полностью изолированы от внешней среды, так как даже питание генератора осуществляется через составную часть сердечника силового трансформатора по переменной составляющей электрического тока. Потери через вывод кварцевого генератора ничтожно малы, так как конденсатор 6 имеет воздушный диэлектрик. Электрические выводы конденсатора выполняются из материала с минимальной степенью черноты поверхности.

Теплоизоляционные прокладки 5 выполнены из теплоизоляционного материала с малым коэффициентом теплопроводности, при этом форма их такова, что они имеют минимальную площадь соприкосновения.

Произведем расчет потерь тепла в стенках герметизированного цилиндрического сосуда.

Потери тепла сосуда Дьюара состоят из: а) потерь тепла от излучения между

стенками сосудов

Qi епр 5,673 51(Тк/100)ЧТс/10оЛ;

где enp 1/ei+(S2/Si)(1/e2-1)r - приведенная степень черноты;

1 , 2 степени черноты поверхности внутреннего и внешнего сосудов;

Si, Тк, S2, Тс - площади поверхностей и абсолютные температуры (К) внутреннего и внешнего сосудов,

б) потерь тепла из-за теплопроводности остаточных газов

,2-1o2-p-Si(TK-Tc).

где р - давление газа, мм рт.ст.,

в)потерь тепла из-за переноса тепловой энергии через теплоизоляционную

пробку

) где Япр - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала пробки; (5пр - толщина пробки; DI-диаметр пробки,

г)потерь тепла из-за переноса его по внутренней стенке сосуда

Q4 Яст л: ( DI Ч- бет ) 5ст ( Тк - Тс )/бпр ,

где ACT- коэффициент теплопроводности сосуда; - толщина стенки.

Общие потери сосудом Дьюара равны.

Q2+ Q3+ QA.

Из особенностей конструкции предлагаемого кварцевого генератора видно, что потери тепла от излучения между стенками сосуда и потери тепла из-за теплопроводности остаточных газов в обоих сосудах одинаковы и их отношения друг к другу равны;

QIO .| . Q20 . 55QiA ,. Q2A

где Qo - потери тепла предлагаемого устройства;

Од - потери тепла сосуда Дьюара.

Потери тепла из-за переноса тепловой энергии через теплоизоляционную пробку отсутствуют, так как отсутствует пробка, т.е.

.

Потери тепла из-за переноса его по внутренней стенке сосуда также отсутствуют, так как внутренняя и внешняя стенки изолированы одна от другой, т.е.

,

а общие потери предлагаемого кварцевого генератора равны

Qo Qi+Q2.

Таким образом, потери тепла в предлагаемом кварцевом генераторе меньше чем у прототипа на величину тепловых потерь Оз и Q4. Кроме того, в нем в 10 раз повышена температурная стабильность.

Формула изобретения

Кварцевый генератор, содержащий кварцевый автогенератор и преобразователь переменного тока в постоянный, которые размещены в герметизированном цилиндрическом сосуде, а также силовой трансформатор, вторичная обмотка которого через преобразователь переменноготока в постоянный подключена к кварцевому автогенератору, при этом герметизированный цилиндрический сосуд выполнен с двумя стенками, которыеизолированы друг от друга, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности частоты вь1ходных колебаний, стенки герметизированного цилиндрического сосуда изолированы друг от друга введенными теплоизоляционными прокладками, введен конденсатор с воздушным диэлектриком.

который размещен между стенками герметизированного цилиндрического сосуда, при этом первый вывод конденсатора с воздушным диэлектриком через первый герметизированный ввод, который размещен во внутренней стенке герметизированного цилиндрического сосуда, подключен к выходу кварцевого автогенератора, второй вьГвод конденсатора с воздушным диэлектриком

подключен к второму герметизированному вводу, который расположен во внешней стенке герметизированного цилиндрического сосуда и является выходом кварцевого генератора, а сердечник силового

трансформатора выполнен из двух частей, одна часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена вторичная обмотка силового трансформатора, размещена внутри герметизированного

цилиндрического сосуда, а другая часть сердечника силового трансформатора, на которой расположена первичная обмотка силового трансформатора, размещена снаружи герметизированного цилиндрического сосуда, расстояние между внутренними и внешними стенками герметизированного цилиндрического сосуда выбрано из соотношения

PI

5 8 .

D2

где DI, D2 - диаметры внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда соответственно, длины внутренней-и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда выбраны из соотношения

1.1 10 12 11

где li, 2 длины внутренней и внешней стенок герметизированного цилиндрического сосуда соответственно.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в источниках высокостабильных электрических колебаний. Цель изобретения - повышение температурной стабильности частоты выходных колебаний. Кварцевый генератор содержит кварцевыйавтогенератор 1, преобразователь 2 переменного тока в постоянный, герметизированный цилиндрический сосуд (ГЦС) 3, силовой трансформатор (СТ) 4, изолирующие прокладки 5, конденсатор 6 с воздушным диэлектриком, внутреннюю часть сердечника 7 СТ 4, внешнюю часть сердечника 8 СТ 4, первичную обмотку СТ 4, вторичную обмотку СТ 4, первый 11 и второй 12 герметизированные вводы. Достижение цели обеспечивается за счет образования двух независимых объемов, образованных внешними и внутренними стенками ГЦС 3. При этом питание кварцевого автогенератора 1 осуществляется через соответствующим образом выполненный СТ 4. 3 ил.^U2./(Лс1Сл)?500>&