Кварцевый генератор Советский патент 1980 года по МПК H03B5/32 

1

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в радиоаппаратуре различного назначения в качестве источника высокостабильных колебаний.

Известен кварцевый генератор, содержащий первую и вторую активные части с подключенным между ними кварцевым резонатором, последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот и частотный дискриминатор, выход которого подключен к элементу управления частотой, подсоединенному к первой и второй активным частям, причем выход первой активной части подключен к первому входу смесителя через умножитель частоты, а выход второй активной части подключен ко второму входу смесителя непосредственно М

Однако известный кварцевый генератор имеет недостаточно высокую температурную стабильность частоты генерируемых колебаний.

Цель изобретения - повышение температурной стабильности частоты генерируемых колебаний.

Для этого в кварцевый генератор, содержащий первую и вторую активные -части с подкл чен{ ым между ними

кварцевЕлм резонатором, последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот и частотный, дискриминатор, а также элемент управления частотой и подключенный к выходу первой активной части умножитель частоты, введены два фильтра высокой частоты и функциональный преобразователь, причем выходы умножителя частоты и второй активной части подклррчены к первому и второму входам смесителя через соответствующие фильтры высокой частоты, а выход частотного дискриминатора подключен к элементу управления частотой через функциональный преобразователь.

На чертеже приведена структурная электрическая схема кварцевого генератора.

Кварцевый генератор содержит первую и вторую активные части 1,2, кварцевый резонатор 3, умножитель 4 частоты, смеситель 5, фильтр 6-нижних частот, частотный дискриминатор 7, фильтры 8, 9 высокой частоты, функциональный преобразователь 10, элемент 11 управления частотой. Функциональный преобразователь 10 содержит устройства 12 возведения в квадрат, устройство 13 возведения в куб и сумматор 14. Элемент 11 управления частотой содержит нагреватель 15 и устройство 16 управления током нагрева. Кварцевый генератор работает следуквдим образом. Активная часть 2 обеспечивает условие баланса аштлитуд и фаз генератора для п-й механической гармоники кварцевого резонатора 3, активная часть 1 - для т-й гармоники. При этом умножитель 4 частоты имеет коэф фициент умножения .--: Рассмотрите пример, когда п 1 ; ni а Kj 3. На вход смесителя 5 поступает с активной части 2 генератора умноженная на три первая механическая гармоника .(3-я электрическая), с активной части 1 - третья механичес кая гармоника. На выходе смесителя 5 присутству ет сумма и разность частот смешивае мых колебаний. 3f (t)-fj(t) . 3fH (t)+fj (t) ; где f (О f,+ f, ,. Практически интерес представляет разностное колебание с частотой Я. Л- 3f (t) - fj (t). (2) Для кварцевого резонатора 3 АТ-о за разность двух температурно-часто ных характеристик с разными углами ориентации пластины и р,может быть представлена ) -f/.-p.x-t-tJ. (3) -ТЧХ резонатора - ТЧХ резонатора с р,; -коэффициент для угла орие тации э/, -температура рабочая ; to - температура разложения ТЧ Так как ТЧХ резонатора 3 для раз личных гармоник могут быть представ лены через ТЧХ резонатора с различными углами ориентации, выражение (2) в нашем случае можно написать F, (t)-F, (t) V,:,-po-, Xt-toX. где F (1)г,р„ 1; з (t)r, -ТЧХ и угол ориентации пьезоэлемента для 1-1)1 и 3-й механической гармоники ре зоиатора соответственно. Разностная частота на выходе смесителя 5 ft. , (t) - F (t) где Я 0 - постоянная частота, обусловленная некратностью i-й и 3-й ме хайических гармоник. Согласно (1) Чп -W4 где fn - частота 1-й механической гармоникиj частота п механической гармоники;- поправочный коэффициент, зависящий от номера механической гармоники на низких механических гармониках порядка . Фильтр б нижних частот выделяет разностное низкочастотное колебание Д . С выхода фильтра б нижних частот колебание с частотой Л поступает иа частотный дискриминатор 7, с выхода которого на сумматор 14 поступает напряжение,величина которого пропорциональна линейному изменению частоты от температуры I +(t-to)l . (7) где К, - Рг..4 ) . Температурная зависимость частоты может быть представлена степенным рядом, причем для часто встречающихся тёмператур от - 60 до +100С пренебрегают членами выше третьего порядка. f(t)..a,((t-t,),(0) где 30, Ьд, GO - температурные коэффициенты 1-го, 2-го и 3-го порядков |еоответственно для резонатора 3 с углом Ориентации р . Из выражения (8) видно, что воз. водя напряжение (7) с выхода частотаого дискриминатора 7 в квадрат и куб с коэффициентами К и K,j в устройствах 12 и 13 ).U3(t-t) К (9) U(t)Up(t-t) К,, (10) И суквлируя (7), (9) и (1 О), получаем на выходе сумматора 14 напряжение и (t) и (t иД. R(t (. к, (t ,(и) Из сравйения (8) и (11) видно, что зависимость управляющего напряжения IJ(t) .полностью соответствует температурному изменению частоты генератора f{t), если Угол ориентации р кварцевых резонаторов АТ-среза.может изменяться в широких пределах (35 00-35 30) и, в общем случае, неизвестен. Это затрудяяет поиск коэффициентов К , К, и Kj для моделирования. Выражение (3) может быть переписано:Fp(t)«F(t)+ f,( - Pc.)(t-to), (12) где , - и Fp(t) - оптимальний угол ориентации пьезоэлемента и оптимальная ТЧХ резонатора 3.

Выражение (3) означает, что ТЧХ с любым углом ориентации пьезоэлемента может быть вьоражена через оптимальную ТЧХ и член, линейно зависящий от температуры.

Построение управляющего на.пряжения U(t) существенно упрощается. Для этого достаточно один раз с помощью функционального преобразователя 10 осуществить вполне определённое преобразование линейной функции (7) в квадратную и кубическ ую используя известные коэффициенты ТКЧ разложения оптимальной ТЧХ для угла среза 3507.

Ьо,опт -0,5-10с от 108,831-10 Окончательно на выходе сумматора 14.

и(,5-(0(-1д1гШ83 ЧО(-Ь

с выхода сумматора 14 напряжение U(t) поступает на устройство 16 управ ления током нагрева. В результате температу.ра нагревателя 15 и кварцевого резонатора 3 будет изменяться в соответствии с окружаюя(ей генератор температурой. Для однозначности -регулирования температурой кварцевого резонатора 3 рабочая точка статирования выбирается на участке ТЧХ с монотонной зависимостью ухода частоты генератора от температуры.

Предлагаемый метод стабилизации частоты с использованием свойства резонатора быть термодатчиком позволяет обеспечить повьпиенную стабильность частоты. Кроме того, в известных и термостатируе лх генераторах компенсация ухода частоты происходит только по температурному признаку, так как устройство автоматического

статирования температуры нечувствительно к нестабильности часюты генератора от других, нетемпературных, дестабилизирующих факторов: нестабильность напряжения источника питания, механические нагрузки и т. д. Это ухудшает общую нестабильность частоты, требует дополнительных мер для ее повышения.

Предлагаемое устройство не имеет перечисленных недостатков, поскольку стабилизированная частота и температура функционально связаны друг с другом.

Формула изобретения

Кварцевый генератор, содержащий первую и вторую активные части с подключенным между ними кварцевым резонатором, последовательно соединенные смеситель, фильтр нижних частот и частотный дискриминатор,, а также элемент управления частотой и подключенный к выходу первой активной части умножитель частоты, отличающий, ся тем, что с целью повыиения температурной стабильности частоты генерируег ых колебаний, в введены два фильтра высокой частоты и функциональный преобразователь, причем выходы умножителя частоты и второй актиной части подключены к первому и вторс у входам смесителя через соответствующие фильтры высокой частоты, а выход частотного дискриминатора подключен к элементу управления частотой через функциональный преобразователь.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке 2538942/18-09, кл. Н 03 В 5/32, 01.11.77 (прототип