Устройство термостатирования кварцевого генератора Советский патент 1992 года по МПК H03B5/32 

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

Цель изобретения - повышение температурной стабильности.

На фиг.1 приведена эквивалентная схема кварцевого резонатора; на фиг.2-7 приведены графики, поясняющие принцип действия устройства; на фиг.8- структурная электрическая схема устройства; на фиг.9 - структурная электрическая схема устройства с примерами конкретной реализации блока выделения огибающей и блока выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевого резонатора.

Устройство термостатировзния хвапцэ- вого генератора содержит термостатируемый кварцевый генератор (ТКГ) 1, активный фильтр 2, блок 3 выделения огибающей, пропорциональной глубине паразитной модуляции выходного сигнала, блок 4 выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевого резонатора. ТКГ 1 содержит блок 5 управления нагревателем, нагреватель 6, датчик 7 температуры, элемент 8 управления частотой, кварцевый автогенератор 9.

БлокЗ содержит(см.фиг.9) резонансный усилитель 10, амплитудный детектор 11. Блок 4 содержит (см.фиг.9) преобразователь 12 частота-напряжения и усилитель 13.

|О

.

If.

Устройство термостатирования кварцевого генератора работает следующим образом.

Рассмотрим эквивалентную схему кварцевого резонатора, которая изображена на фиг.1. В этой схеме Со - статическая емкость кварцедержателя, Cq-эквивалентная динамическая емкость, Lg - эквивалентная динамическая индуктивность, Rg - эквивалентное динамическое сопротивление потерь КР, a Ci, LI, RI - параметры эквивалентных ангармонических контуров.

Резонансная характеристика для 1-го

ангармонического контура приведена на

фиг.4 ее вид определяется наличием последовательного и параллельного резонансов

йа частотах fnci и fnpi соответственно.

При экспериментальном исследовании зависимости частот основного и ангармонических резонансов КР АТ-среза от температуры было установлено, что частоты ангармонических резонансов имеют ярко выраженную зависимость от температуры в области экспериментальной точки основной частоты КР. Вид этой зависимости показан на фиг.2. Из анализа графика следует, что изменение частоты основного резонанса (кривая f0) в районе экспериментальной точки (температура Тн 54°С) намного меньше, чем изменение частот первого, второго, третьего ангармонического резонансов (прямые f i,f2,fs на фиг.2). Таким образом, при изменении температуры незначительному отклонению частоты основного резонанса будет сопутствовать гораздо большее отклонение на частотной оси резонансной характеристики 1-го эквивалентного ангармонического контура.

Устройство термостатирования кварцевого генератора, изображенное на фиг.8, функционирует следующим образом.

С помощью активного фильтра 2 выделяют напряжение выходного сигнала кварцевого автогенератора 9 и подают его на вход блока. Этот блок формирует сигнал с частотой fp fi - f0j где fi - частота ангармонического резонанса КР, to - частота основного резонанса КР. Блок 4 может быть выполнен в виде (см.фиг.9) последовательно соединенных преобразователя 12 n fo

(fi-M

и усилителя 13, который выделяет и усиливает напряжение с разностной частотой fp, Сформированный разностный сигнал с частотой fp подается на вход управления частотой (элемент 8), который подключен к управляющему входу кварцевого автогенератора 9, в результате чего сигнал на выходе

оказывается промодулированным по частоте. Однако модуляцию осуществляют таким образом, что индекс модуляции 1. Спектр сигнала при этом содержит три спектральных составляющих (см.фиг.З). Малая величина индекса модуляции/ выбирается с целью минимизации нестабильности частоты выходного сигнала КГ. Амплитудно-частотный спектр ЧМ-колебания при/3 « 1

полностью совпадает с амплитудно-частотным спектром, получаемым при амплитудной модуляции фиг.З.

Осуществление данной модуляции приводит к незначительному увеличению кратковременной нестабильности частоты. Частота верхней боковой составляющей fs при осуществлении вышеуказанной модуляции выходного сигнала ТКГ 1 и при номинальной температуре КР - Тн. находится в

промежутке между частотами fnci и fnpi резонансной характеристики 1-го экви- валентного ангармонического контура (см.фиг.4). Очевидно, что амплитуда верхней боковой составляющей будет зависить

от ее местонахождения в вышеуказанном частотном промежутке. Изменение температуры КР относительно Тн приведет к изменению взаимного положения на частотной оси выходного сигнала термостатированного генератора f0 и резонансной характеристики 1-го ангармонического контура, а также к изменению взаимного положения на частотной оси верхней боковой состаёля- ющей fe из спектра выходного сигнала кварцевого генератора и резонансной характеристики, о которой шла речь выше. Это приведет к изменению амплитуды этой составляющей.

Таким образом амплитуда верхней боковой составляющей с частотой тв оказывается зависимой от температуры КР.

В свою очередь изменение амплитуды составляющей fe приведет к изменению

глубины паразитной амплитудной модуляции выходного сигнала кварцевого генератора. В этом случае когда верхняя боковая составляющая тв занимает такое положение относительно резонансной кривой, что ее

амплитуда равна амплитуде нижней боковой составляющей с частотой fH - уровень амплитудной модуляции принимается за номинальной (см.фиг.5). Это явление имеет место только при номинальной температуре

резонатора Тн (см.фиг.5). Амплитуда спектральной составляющей fnn на фиг. 5,6 и 7 определяется глубиной паразитной амплитудной модуляции на выходе кварцевого автогенератора 9.

Если температура КР возрастает на ДТ° (см.фиг.6) относительно номинальной температуры Тн, частота выходного сигнала кварцевого автогенератора 9 f0 возрастет на Afo, частота верхней боковой составля- гащей fe при этом также возрастет на Af0, a резонансная характеристика при этом переместится по частотной оси влево на Afi, вследствие чего амплитуда верхней боковой составляющей fe уменьшится, а это приве- дет к изменению глубины амплитудной модуляции выходного сигнала. С помощью блока 3 выделяют сигнал, пропорциональный амплитуде огибающей выходного сигнала и выделенный сигнал подают на вход блока 5.

Аналогичным образом устройство тер- мостатирования генератора будет работать и при уменьшении температуры КР на АТ°. В этом случае амплитуда верхней боковой составляющей увеличится, что приведет к увеличению уровня огибающей выходного сигнала (спектральная составляющая т™ на фиг.7).

Причем напряжение на выходе блока 5 возрастет если увеличивается уровень огибающей (что соответствует уменьшению температуры КР) или уменьшится если уменьшается уровень огибающей (что соответствует увеличению температуры КР). Та- ким образом при уменьшении температуры кварцевого резонатора возрастает температура нагревателя 6 и наоборот, увеличение температуры КР приводит к понижению температуры нагревателя 6, что и обеспечи- вает процесс терморегулирования.

Последовательная цепь состоящая из (см.фиг.9) амплитудного детектора 11 и резонансного усилителя 10 выделяет напряжение с частотой модуляции fp f i - fo, где fi - частота ангармонического резонанса (ангармоники), f0 - номинальная частота основного колебания КАГ.

Напряжение с частотой fp прикладывается к элементу 8, который осуществляет ПАМ основного колебания f0.

Напряжение с частотой модуляции fp прикладывается к преобразователю ча- стота-напряжение 12, а именно к входу установки длительности счета, пропорцио- нальной глубине модуляции ЧМ.

На другой вход преобразователя частота-напряжение подается опорный сигнал с частотой f0 с выхода усилителя 13. На выходе преобразователя частота-напряжение 12 выделяется напряжение E(fp), пропорци- ональное отклонению .частоты fp от своего номинального значения. При изменении частоты fp будет изменяться длительность счета с частотой заполнения f0, а следоватьль- но, и величина E(fp). Это напряжение подается на блок 5, который изменяет величину тока, протекающего через обмотку нагревателя 6. Датчик температуры служит для контроля температуры внутри термостата (1) и балансировки термочувствительного моста. При увеличении температуры внутри объема термостата 1 Т°н + АТ° изменится температура поверхности пластины КР. При этом незначительно увеличится номинальная частота генератора на величину Af0. Частота ангармоники при этом уменьшится на величину-A fi, причем Afi A f0 из за различия температурных характеристик (см.фиг.2). Эти изменения приведут к уменьшению разностной частоты - частоты модуляции fp, так как

v fp .;уT1 f°/При этом можно считать, что fpi i fp Afp. Одновременно напряжение на выходе преобразователя 12 уменьшится, что вызовет уменьшение температуры.

Система будет отрабатывать до тех пор, пока температура на пластине КР не станет равной номинальной Т°н.

Формула изобретения 1. Устройство термостатирования кварцевого генератора, содержащее термостатированный кварцевый генератор, активный фильтр, вход которого подключен к выходу термостатированного кварцевого генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности, в него введен блок выделения огибающей, пропорциональной глубине паразитной модуляции выходного сигнала, который включен между выходом термостатированного кварцевого генератора и входом управления температурой термостатированного кварцевого генератора, блок выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевого резонатора, который включен между выходом активного фильтра и входом управления частотой термостатированного кварцевого генератора,

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е- с-я тем, что блок выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевого резонатора выполнен в виде цифрового блока с преобразователем частота - напряжение и снабжен входом установки длительности счета, пропорциональной глубине разностной паразитной частотной модуляции выходного сигнала.

Фиг. 7

Ф иг. 8

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в источниках высркостабильных электрических колебаний. Цель изобретения - повышение температурной стабильности. Устройство содер жит термостатируемый кварцевый генератор 1, активный фильтр 2, блок 3 выделения огибающей, пропорциональной глубине па- разитной модуляции выходного сигнала, блок 4 выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцеео го резонатора. За счет введения блоков 3 и 4 в устройстве получают высокочастотно; колебание, уровень паразитной амплитуд ной модуляции(ПАМ)которого пропорционален изменению температуры кварцевого резонатора. Сигнал, пропорциональны уровню ПАМ, выделяется и используется для управления температурой. Приведены примеры конкретного выполнения блоков 3 и 4. 1 з.п.ф-лы, 9 ил.

Ј

|

Фиг. 9