Устройство термостатирования кварцевого генератора

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСРЕСПУБЛИК гч сХ 19) 51)5 Н 03 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР ИТЕТКРЫТИ Е СВИДЕТЕЛЬСТ АВТО пЪ" р, 1 ъ,. Ь ) вышение темпетная схе-7 припринцип руктурная на фиг,9 - устройстализации ока выдеосновной о резонаБлок 3 содерж усилитель 10, д Блок 4 содержит 12 частота-напря ОПИСАНИЕ И(56) Авторское свидетельство СССР 1 Ф 1224947, кл. Н 03 В 5/32, 1985.Альтшуллер Г.Б, и др, Кварцевые генераторы, М.: Радио и связь 1984, с. 127-132, (54) УСТРОЙСТВО ТЕРМОСТАТИРОВАНИЯ КВАРЦЕВОГО ГЕНЕРАТОРА(57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в источниках высокостабильных электрических колебаний. Цель изобретения - повышение темпеИзобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в источниках высокостабильных электрических колебаний,Цель изобретения - иратурной стабильности.На фиг.1 приведена экма кварцевого резонатораведены графики, поясндействия устройства; на фэлектрическая схема устрструктурная электрическава с примерами конкреблока выделения огибаюпения частоты, равной рачастоты и ангармоники квтора,вивале ; на фи яющие иг.8- ст йства; я схема ной ре щей и бл зности арцево ратурной стабильности. Устройство содер жит термостатируемый кварцевый генератор 1, активный фильтр 2, блок 3 выделения огибающей, пропорциональной глубине паразитной модуляции выходного сигнала, блок 4 выделения частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевс, го резонатора. За счет введения блоков 3 и 4 в устройстве получают высокочастотно,-. колебание, уровень паразитной ам лиг,т, ной модуляции 1 ПАМкоторого пропорционален изменению температуры кварцево; 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. Устройство термостатирования кварц=- вого генератора содержит термостатируемый кварцевый генератор(ТКГ) 1, активнци фильтр 2, блок 3 выделения огибающей, пропорциональной глубине паразитной модуляции.выходного сигнала, блок 4 выделе. ния частоты, равной разности основной частоты и ангармоники кварцевого резонатора. ТКГ 1 содержит блок 5 управления нагревателем, нагреватель 6, датчик 7 тем. пературы, элемент 8 управления частотой. кварцевый автогенератор 9,ит(см.фиг,9) резонпнснь.:ймплитудный детектор 11см.фиг.9) преобразовательжения и усилитель 13.40 Устройство термостатирования кварцевого генератора работает следующим образом.Рассмотрим эквивалентную схему кварцевого резонатора, которая изображена на фиг.1, В этой схеме Со - статическая емкость кварцедержателя, Сп - эквивалентная динамическая емкость, .ц - эквивалентная динамическая индуктивность, В - эквивалентное динамическое сопротивление потерь КР, а Сь Ь, В - параметры эквивалентных ангармонических контуров.Резонансная характеристика для 1-го ангармонического контура приведена на фиг.4 ее вид определяется наличием после.довательного и параллельного резонансов )а частотах 1 пс и Ьр 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 1 о) в районе экспериментальной точки (температура Тн = 54 С) намного меньше, чем изменение частот первого, второго, третьего ангармонического резонансов (прямые т 1 Л 2 ЛЗ на фиг.2), Таким образом, при изменении температуры не- значительному 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 1 р = й - 1 о, где Ф - частота ангармонического резонанса КР, 1 о - частота основного резонанса КР. Блок 4 может быть выполнен в виде (см.фиг.9) последовательно соединенных преобразователя 12оТФ =оти усилителя 13, который выделяет и усиливает напряжение с разностной частотой 1 р, Сформированный разностный сигнал с частотой 1 р подается на вход управления частотой (элемент 8), который подключен к управляющему входу кварцевого автогенератора 9, в результате чего сигнал на выходе 5 10 15 25 30 35 оказывается промодулированным по частоте. Однако модуляцию осуществляют таким образом, что индекс модуляции Р 1. Спектр сигнала при этом содержит три спектральных составляющих (см,фиг.З), Малая величина индекса модуляции Р выбирается с целью минимизации нестабильности частоты выходного. сигнала КГ. Амплитудно-частотный спектр ЧМ-колебания при ф 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 в при осуществлении вышеуказанной модуляции выходного сигнала ТКГ 1 и при номинальной температуре КР - Тн. находится в промежутке между частотами тпс 1 и тпр резонансной характеристики 1-го эквивалентного ангэрмонического 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 1 о и резонансной характеристики 1-го ангармонического контура, а также к изменению взаимного положения на частотной оси верхней боковой составляющей 1 в 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 1 в оказывается зависимой от температуры КР. В свою очередь изменение амплитуды составляющей 1 в приведет к изменению глубины паразитной амплитудной модуляции выходного сигнала кварцевого генератора, В этом случае когда верхняя боковая составляющая 1 в занимает такое положение относительно резонансной кривой, что ее амплитуда равна амплитуде нижней боковой составляющей с частотой Ь - 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 Ь на фиг. 5,6 и 7 определяется глубиной паразитной амплитудной модуляции на выходе кварцевого автогенератора 9.Если температура КР возрастает на ЛТ(см.фиг.б) относительно номинальной температуры Тн, частота выходного сигналакварцевого автогенератора 9 Ь, возрастетна ЛЬ, частота верхней боковой составля- .5ющей 1 в при этом также возрастет на ЛГО, арезонансная характеристика при этом переместится по частотной оси влево на Л 1 ьвследствие чего амплитуда верхней боковойсоставляющей 1 в уменьшится, а это приведет к изменению глубины амплитудной модуляции выходного сигнала. С помощьюблока 3 выделяют сигнал, пропорциональный амплитуде огибающей выходного сигнала и выделенный сигнал подают на вход 15блока 5.Аналогичным образом устройство термостатирования генератора будет работатьи при уменьшении температуры КР на ЛТО,В этом случае амплитуда верхней боковой 20составляющей увеличится, что приведет кувеличению уровня огибающей выходногосигнала (спектральная составляющая Ьна фиг,7),Причем напряжение на выходе блока 255 возрастет если увеличивается уровеньогибающей (что соответствует уменьшениютемпературы КР) или уменьшится еслиуменьшается уровень огибающей (что соответствует увеличению температуры КР). Таким образом при уменьшении температурыкварцевого резонатора возрастает температура нагревателя 6 и наоборот, увеличение температуры КР приводит к понижениютемпературы нагревателя 6, чтои обеспечивает процесс терморегулирования.Последовательная цепь состоящая из(см.фиг.9) амплитудного детектора 11 и резонансного усилителя 10 выделяет напряжение с частотой модуляции 1 р = 11 - 1 о, где 40б - частота ангармонического резонанса(ангармоники), Ь - номинальная частота основного колебания КАГ.Напряжение с частотой 1 р прикладывается к элементу.8, который осуществляет 45ПАМ основного колебания Ь.Напряжение с частотой модуляции 1 Рприкладывается к преобразователю ча-стота-напряжение 12, а именно к входуустановки длительности счета, пропорциональной глубине модуляции.ЧМ.На другой вход преобразователя частота-напряжение подается опорный сигнал счастотой 10 с выхода усилителя 13, На выходе яреобразователя. частота-напряжение 5512 выделяется напряжение Е(1 р), пропорци-,ональное отклонению, частоты Р от своегономинального значения, При изменении частоты 1 Р будет изменяться длительность счета с частотой заполнения 1 о, а следоватьдн:- но, и величина Е(1 р), Это напряжение подается на блок 5, который изменяет величину тока, протекающего через обмотку нагреьателя 6. Датчик температуры служит для контроля температуры внутри термостата (1) и балансировки термочувствительного моста,При увеличении температуры внутри объема термостата 1 Ти + Л Т изменится температура поверхности пластины КР. При этом незначительно увеличится номинальная частота генератора на величину Л 1. Частота ангармоники при этом уменьшится на величину.Л 11, причем Л 1Л о из-за различия температурных характеристик (см.фиг,2), Эти изменения приведут к уменьшению разностной частоты - частоты модуляции 1 р, так какПри этом можно считать, что 1 р 1 = 1 р Л 1 р. Одновременно напряжение на выходе преобразователя 12 уменьшится, что вызове 1 уменьшение температуры.Система будет отрабатывать до тех пор, пока температура на пластине КР не станет равной номинальной То,.Формула изоб ретения 1. Устройство термостатировакия кварцевого генератора, содержащее термостатированный кварцевый генератор, активный фильтр, вход которого подключен к выходу термостатированного кверцевого генератора, о т л и ч а ю щ и й с я 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 и.1., о т л и ч а ю щ е ес.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,1720141 Риг. 8 фиг 6 Тираж ПодписноеИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. У ул, Гагарина, 10 Редактор В. ФельдмаЗаказ 77ВНИ Составитель В. РудайТехред М.Моргентал Корректор А. Осаулен