Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 153 514 НОЗВ 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЛЬСТ ий инСССР 1984. тип). АЦИИ(57) Изотехнике М ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВ 1(54) УСТРОЙСТВО ТЕРИОКОМПЕНСКВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА тение относится к радиоожет быть использовано сокостабильных источниках электрических колебаний. Цель иэобретения -повышение точности термокомпенсации,В устройство для достижения целивведены датчик 8 температуры, блок 9дифференцирования, два масштабныхпреобразователя 10, 11, два накапливающих сумматора 12, 13, два ЦАП14, 15 и два блока 16 и 17 ФАПЧ. Приразличных скоростях изменения температуры динамическая составляющаяизменения частоты ЛГ=а дТ/д подавляется блоками 16, 17, а статическаясоставляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 перепрограммируемой памяти и подбором элементов блока 6 элементов управления частотой.1 з,п,ф-лы, 4 ил.15153311 зобретецие относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильцых источниках электрических колебаний.Бель изобретения - повьшение точности термокомпецсации.На фиг. 1 приведена структурнаяэлектрическая схема устройства термокомпенсации кварцевого генератора;на фиг.2-4 - эпюры, поясняющие принцип его действия.Устройство термокомпенсации кварцевого генератора содержит первый ивторой кварцевые генераторы 1 и 2, 15блок 3 вычитания частот, частотомер4, блок 5 перепрограммируемой памяти,блок 6 элементов управления частотой, делитель 7 частоты, датчик 8температуры, блок 9 дифференцирования, первый и второй масштабнь 1 е преобразователи 10 и 11, первый и второйнакапливающие сумматоры 12 и 13, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦЛЛ) 14 и 15 и первый и 25второй блоки 1 б и 17 Фазовой автоподстройки частоты,Первый блок 1 б состоит из Фазовогодетектора 18, аналогового сумматора19 и генератора 20, управляемого ндпряженцем.Второй блок 17 включает Фазовыйдетектор 21, аналоговый сумматор 22и генератор 23, управляемый напряжением.35Первый кварцевый генератор 1 содержит кварцевь 1 й резонатор 24.Второй кварцевый генератор 2 содержит кварцевый резоцдтор 25.Устройство термокомпенсациц кварцеОвого генератора работает следующимобразом.Кварцевый резонатор 25 второгокварцевого генератора 2 обеспечиваетстабильную частоту без термокомпен 45сации в пределах 2 .10 прц изменениях температуры в широком диапазоне(фиг,4, кривая б). Для температурнойкомпенсации выходной частоты второгокварцевого генератора 2 первым включен кварцевыц генератор 1 с кварцевым резонатором 24, температурныйдрейф частоты которого должен значительно (ца 2-3 порядка) превосходитьтемпературный дрейф частоты второгокварцевого генератора 2 с кварцевым55резонатором 25 и составлять в том жедиапазоне температур (фиг.4, кривая а)510 4 4Как видно из фиг,4 (кривая а), закон изменения частоты выходного сигнала кварцевого резонатора 24 первого кварцевого генератора 1 выбирают монотонным, чтобы его частота Г, соответствовала исключительно температуре. Частотные сигналы первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 (соответственно 1и 1 ) зависят как от самой температуры Т, так и скорости ее изменения и определяются выражениями;иТЙт=Й о, +а, Т+а, - , -дТ+, а,Т+ а --6 от 1 где аа - коэффициенты разложениятемпературно-частотнойхарактеристики (ТЧХ); Г 1, - номинальные частоты первого и второго кварцевыхгенераторов 1 и 2;а,а- термодинамические коэффициенты частоты кварцевыхрезонаторов 24 и 25 первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 соответственноТаким 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. ФактидТчески при -- = 0 поэтому предус г.смотрена операция сведения частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 к частотам, соответствующим их статическим ТЧХ, Для этого предназначен датчик 8, соединенный с блоком 9 дифференцирования, на выходе которого формируется код и, пропорциональный скорости изменения темпедТратуры; т е =К 1 где К - коэффициент пропорциональности. Этот код поступает на входы первого и второго масштабных преобразователей 10 и 11, ца выходах которых Формируются коды,с 1 Т, с 1 Т пропорциональные а -- и а соответственно. 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 кодов5 15153 в первом и втором накапливающих сумматорах 12 и 13 соответственно. При переполнении первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 их содер-. жимое становится равным нулю, Поэтому5 ца выходах первого и второго ЦАП 14 ц 15 формируются пилообразные напряжения (на фиг.2 и 3) они показаны приближенно, строго они представляют со бой ступенчато-пилообразные напряже-ния), частоты которых прямо пропорциональны членам а и а - - ,с 1 Т с 1 Тс 1 с сГсТак, если скорость изменения температуры такова, что оца влечет за собой уменьшение частоты первого кварцевого генератора 1 (или второго кварцевого генератора 2), то пилообразное напряжение ца выходе ЦАП 14 и 15 по ложительно и его частота пропорциосТ с 1 Тнальна а - (а в -) при этом этос 1 СДТ фнапряжение поступает на второй вход аналогового сумматора 19 (22), посте пенно смещая по фазе колебания генератора 20 (23) по отношению к колебаниям первого (второго) кварцевого генератора 1 (2), а в момент временипеРвый (второй) накапливающий сум матор 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 момен та 1, до момента , число импульсов генератора 20 (23) на единицу больше числа импульсов первого (второго) кварцевого генератора 1 (2). Таким образом, при известных а, и а 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: 3 I 6на величины ЛЕи дГ соответственно, при этом при противооложцой скорости изменения температуры эти цап - ряжения отрицательны (фцг,3), поэтому частоты генераторов 20 и 23 выше частот первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2, Соответствующим выбором емкости первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 и коэффициента передачи блока 9 дифференцирования добиваются того, что частоты ца выходах генераторов 20 п 23 соответствуют статическим ТЧХ первого и второго кварцевых генераторов 1 ц 2, т,е. они равны соответственно: Частотные сигналы Г ц Г подаютсягз на входы блока 3 вычитания, на выходе которого формируется частотцьп сигнал Г=Г, -Г, измеряемый частотомером,4, которьп получает опорный сигнал, поступающий с, первого выхода делителя 7 для управления процессом измерения частоты (например, частотой 0,5 Гц и длительностью импульса 1 с).Выходной код частотомера 4 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 частотыс 1 ТДГ и = а подавляется первым ис 1 Свторым блоками 16 и 17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 и подбором элементов блока 6.с 1 ТдГ = афт 1 1 фдТдГ = а,Следовательно, пилообразные напряжения различной крутизны, снимаемые с выходов ПАП 14 и 15 и вводимые в первый и второй блоки 16 и 17, позволяют сместить частоты генераторов 20 и 23 Формула изобРетения 1. Устройство термокомпенсации кварцевого генератора, содержащее первый и второй кварцевые генераторы, кварцевые резонаторы которых терми" чески связаны, последовательно соединенные блок вычитания частот, частотомер, блок перепрограммируемой памяти и блок элементов управлениячастотой, выход которого подключен к входу управления второго кварцевого генератора, делитель частоты, первый выход которого подключен к входу управления частотомера, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повышения точности термокомпенсации, в него введены первый блок фазовой автоподстройки частоты, который включен между выходом первого кварцевого генератора и первым входом блока вычитания частот, второй блок фазовой автоподстройки частоты, который включен между выходом второго кварцевого генератора и вторым входом блока вычитания частот, последовательно соединенные датчик температуры и блок дифференцирования, последовательно соединенные первый масштабный преобразователь, первый накапливающий сумматор и первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу управления первого блока фазовой автоподстройки частоты, последовательно соединенные второй масштабный преобразователь, второй накапли. вающий сумматор и второй цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к входу управления второго 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 выходу второго блока фаэовой автоподстройки частоты, датчик темпераТуры термически связан с кварцевыми резонаторами первого и второго кварцевых генераторов.15 2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что первый и второй блоки фазовой автоподстройки частоты выполнены в виде последовательно соединенных фазового детекто О ра, первый вход которого являетсявходом блока фаэовой автоподстройки.частоты, аналогового сумматора и генератора, управляемого напряжением, выход которого подключен к второму 25 входу фазового детектора и являетсявыходом блока фаэовой автоподстройки частоты, при этом второй вход аналогового сумматора является входом управления блока фаэовой автоподстройки 30 частоты.15 15334 Составитель В.РудайТехред М.Моргентал Корректор Т.Малец Редактор А.Лежнина Заказ 6293/55 Тирах 884 Цодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5