Кварцевый генератор с температурной компенсацией

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний. Цель изобретения - повышение долговременной стабильности частоты выходных колебаний. Для достижения цели в кварцевый г-р введены частотно-фазовый компаратор 6, формирователь 7 импульса сброса, АЦП 9, два регистра 10, 11 хранения, вычитатель 12 кодов, сумматор 13 кодов, ждущий мультивибратор 14, делитель 15 частоты. Принцип получения сигнала со стабильной частотой F<SB POS="POST">0</SB> заключается в попеременном переключении с периодом τ на общий выход выходов кварцевых автогенераторов 1,3, частоты выходных колебаний которых соответственно равны F<SB POS="POST">1</SB> и F<SB POS="POST">2</SB>, на время соответственно Τ<SB POS="POST">1</SB> и Τ-Τ<SB POS="POST">1</SB>. Такое решение позволяет получить сигнал с частотой F<SB POS="POST">0</SB> путем изменения длительности времени переключения, изменяющейся по линейному закону в зависимости от температуры. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 03 В 5/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fl0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4324381/24-09 (22) 05.10.87 (46) 15.07.89. Бюл. 26 (71) Харьковский политехнический институт им. В.И. Ленина (72) А.В. Дюков (53) 621.373.5(088.8) (56) Патент Англии l 2025721, кл. H 03 В 5/30, 1980.

Заявка Франции !" 2431794, кл. Н 03 В 5/32, 1980. (54) КВА1 ЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР С ТЕ .1!1ЕРАТУРНОИ КОИПЕНСАЦИЕ11 (57) Изобретение относится к радиотехнике и м.б. использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний. Цель изобретения — повышение долговременной стабильности частоты выходных колебаний. !ля до„„30„„1494199 А 1

2 стижения цели в кварцевый г-р введены частотно-фазовый компаратор 6, формирователь 7 импульса сброса, АЦП 9, два регистра 10, 11 хранения, вычитатель 12 кодов, сумматор 13 кодов, ждущий мультивибратор 14, делитель

15 частоты. Принцип получения сигнала со стабильной частотой f заключается в попеременном переключении с периодом т на общий выход выходов кварцевых автогенераторов 1,3, частоты выходных колебаний которых соответственно равны, f, и f, на время соответственно, и -,.Такое решение позволяет получить сигнал с частотой f путем изменения длитель. о ности времени переключения, изменяющейся по линейному закону в зависимости от температуры. 3 ил.

1494199

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

Цель изобретения — повышение долговременной стабильности частоты выходных колебаний.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема кварцевого генератора с температурной компенсацией; на фиг. 2 — структурная электрическая схема частотно-фазового компаратора; на фиг. 3 — температурночастотные характеристики первого и второго кварцевого автогенераторов.

Кварцевый генератор с температурной компенсацией содержит первый кварцевый автогенератор 1, в состав которого входит первый кварцевый 20 резонатор 2, второй кварцевый автогенератор 3, в состав которого входит второй кварцевый резонатор 4, переключатель 5, частотно-фазовый компаратор 6, формирователь 7 импуль- !5 са сброса, датчик 8 температуры, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, первый 10 и второй 11 регистры хранения, вычитатель 12 кодов, сумматор

13 кодов, ждущий мультивибратор 14 30 и делитель 15 частоты.

Частотно-фазовый компаратор 6 (фиг. 2) состоит из элемента И 16, частотного компаратора 17, фазового детектора 18, компаратора 19, элемента ИЛИ 20, формирователя 21 импульса, инвертора 22 и триггера 23.

Кварцевый генератор с температурной компенсацией работает следующим образом.

На фиг. 3 приведены температурночастотные характеристики (ТЧХ) первого 2 и второго 4 кварцевых резонаторов Г,(Т ) и Е (Т ) с идентичными 45 температурными коэффициентами, но с различными значениями температур инверсии Т, и Т, полученными при различных углах среза. Кривые ТЧХ имеют параболическую форму и охватывают диапазон температур от Т „,„„ до Т „„ в котором обеспечивается температурная компенсация. Принцип получения сигнала со стабильной частотой f заключается в попеременном переключении с периодом на общий выход выходов первого 1 и второго 3 кварцевых автогенераторов, частоты выходных колебаний которых равны соответственно Г, и t, на время соответственно g и -7

Преимущестном такого решения является то, что оно позволяет получить сигнал с частотой f путем изменения длительности времени переключения, изменяющейся по линейному закону в зависимости от температуры.

Частота Г, соответствует частоте выходных колебаний кварцевых автогенераторов 1 и 3 при температуре Т„, при этом

То +Тpó

Т

«З

Однако датчик 8, выполненный, например, в виде термореэистора, имеет низкую долговременную стабильность частоты (так для терморезисторов она приводит к сползанию его характеристики параллельно первоначальной со скоростью 0,02 С в сутки. Поэтому, если невозможно вручную производить периодическую градуировку датчика 8, то необходимо автоматически корректировать сползание характеристики, при этом следует учесть, что скорость старения плохо поддается прогнозированию и, следовательно, не может быть смоделирована с достаточной степенью точности.

Датчик 8 может быть выполнен и с использованием кварцевых резонаторов.

Однако в этом случае зависимость его выходного напряжения от температуры нелинейна и конструкция значительно усложняется.

Поэтому датчик 8 выполнен в виде линейного датчика температуры, а его характеристика автоматически корректируется с помощью кварцевых резонаторов 2, 4. Для этого к выходу переключателя 5 подключен делитель

15, на выходе которого формируются импульсы с периодом

Управление переключателем 5 осуществляется ждущим мультивибратором

14, который запускается с периодом а длительность 1, импульса ждущего мультивибратора 14 линейно зависит от температуры. В качестве датчика 8 используется любой датчик температуры с линейной характеристикой, например термометр сопротивления, диод и другие. Аналоговый сигнал датчика 8 преобразуется при помощи АЦП 9 в цифровой код, управляющий длительностью импульса ждущего мультивибра50

> 149-4 1

> (>pit 14 . 1>(л к(>р1>е к Ги1>(>яки нреме ни>>r<> ух»да статической характеристики датчика 8 температуры от первоначальной применяются следующие меры. В момент включения формирователь 7 форми5 рует импульс сброса регистров 10 и

11, поэтому на выходе вычитателя 12 имеется нулевой код, а на выходе сумматора 13 — выходной код АЦП 9. В мо- 10 мент, когда температура, окружающая кварцевые резонаторы 2 и 4, проходит через точку Т„„ (фиг. 3) в первый газ, на первом и втором выходах частотнофазового компаратора б формируются короткие импульсы, производящие за-. пись в регистры 10 и 11 выходного кода АЦП 9. В последующие моменты времени при равенстве частот и фаз колебаний кварцевых автогенераторов 20

1 и 3, т.е. есть при температуре Т, импульсы формируются только на втором выходе частотно-фазового компаратора 6, что приводит к смене данных во втором регистре 11 на новые, при этом, если статическая характеристика датчика 8 сместилась параллельно первоначальной, с течением времени код; хранящийся в.втором регистре 1 1, не будет равен коду, хранящемуся в первом регистре 10, по30 этому код коррекции на выходе вычитателя 12 постоянно прибавляется к коду АЦП 9, компенсируя уход стати ческой характеристики датчика 8.! 35

Таким образом, так как температурная стабильность ТЧХ кварцевых резонаторов 2 и 4 намного выше стабильности с гатической характеристики датчика 8, в первый раз, когда температура Т становится равной значению

Т > запоминаются показания датчика 8, преобразованные в цифровую форму, а затем, в последующие моменты времени, имея опорную точку, при Т = Т > опре- 45 деляют показания датчика 8 и корректируют их в соответствии с запомненным ранее значением так, чтобы разность показаний датчика 8 температуры в различные моменты времени при

Т = Т „ была равна нулю.

Ждущий мультивибратор 14 запускается с периодом времени, а длительность его импульса t.t пропорциональна выходному коду сумматора 13.

В течение действия этого импульса переключатель 5 подключает выход первого кварцевого автогенератора 1 на выход устройства, а в течение ос99 6 тального времени, входящего в период г, т.е. в течение времени >, на выход устройства подключается выход второго кварцевого автогенератора 3.

В момент включения сигнал "Сброс" проходит через элемент ИЛИ 20 на вход стробирования компаратора 19, запрещая сравнение напряжений на его входах, поэтому на выходе последнего формируется "0" (поскольку после включения наблюдается переходной процесс, во время которого в один иэ моментов частоты и фазы колебаний могут быть равными, но это наблюдается не при температуре Т„, а при температуре в момент включения, что приводит к ложной записи кодов в и регистры 10 и 1! ) . Импульс "Сброс" устанавливает триггер 23 в "1". В процессе работы, когда частоты f: и f< не равны друг другу, на выходе частотного компаратора имеется "1", компаратор 19 заперт по входу стробирования. Когда частоты f < a т становятся равными, на выходе частотного компаратора 17 формируется

tf >>

0, который поступает также на вход стробирования компаратора 19, разрешая сравнение сигналов на входах последнего, т.е. начинает работать канал сравнения частот f u f no фазе, содержащий фазовый детектор 18 и компаратор 19 ° Когда фазы колебаний частот Е, и Е становятся равными после ого, как f, с f< на выходе компаратора 19 формируется перепад из

1> >4 tt I>

0 в 1, фиксирующий, равенство частот и фаз колебаний, на выходе формирователя 21 формируется импульс, производящий запись информации во второй регистр 11. Этот импульс инвертируется инвертором 22, следовательно, в момент формирования спада им4 пульса на выходе формирователя 21 триггер 23 устанавливается в "0", поэтому на выходе элемента И 16 также формируется импульс, длительность которого равна длительности импульса формирователя 21. В первый регистр

10 производится запись информации.

Так как после переброса триггера 23 на его R-входе постоянно присутствует "1", все оставшееся время работы с выхода элемента И 16 снимается

"0", а с выхода формирователя 21 в моменты равенства частот и фаз колебаний снимаются короткие импульсы, производящие обновление данных во втором регистре 11.

1494199 у 4

Qual

Составитель В.Рудай

Техред Л.Олийнык.

Редактор Л.Пчолинская

Корректор С.Еекмар

Заказ 4129/55

Тираж 884

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101 формула изобретения

Кварцевый генератор с температурной компенсацией, содержащий первый и второй кварцевые автогенераторы, переключатель, выход которого являет- 5 ся выходом кварцевого генератора с температурной компенсацией, а первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, и датчик температуры, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повыщения долговременной стабильности частоты выходных колебаний, введены ждущий мультивибратор, выход которого подключен к управляющему входу переключателя, сумматор кодов, выходы которого поразрядно подключены к соответствующим входам управления длительностью импульсов ждущего муль20 тивибратора, делитель частоты, который включен между выходом переключателя и входом запуска ждущего мультивибратора, вычитатель кодов, разрядный выход которого подключен к первому разрядному входу сумматора кодов, первый регистр хранения, разрядный выход которого соединен с первым разрядным входом вычитателя кодов, второй регистр хранения, разрядный выход которого соединен с вторым разрядным входом вычитателя кодов, частотно-фазовый компаратор, первый и второй входы которого подключены к выходам соответственно первого и второго кварцевых автогенераторов, а первый и второй выходы которого подключены к входам записи соответственно первого и второго регистров хранения, формирователь импульса сброса, выход которого подключен к установочным входам частотно-фазового компаратора, а также первого и второго регистров хранения, аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу датчика температуры, при этом выход аналого-цифрового преобразователя подключен к информационным входам первого регистра хранения, второго регистра хранения и к второму разрядному входу сумматора кодов.