Устройство термокомпенсации кварцевого генератора

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний. Цель изобретения - повышение точности термокомпенсации. В устройство для достижения цели введены датчик 8 температуры, блок 9 дифференцирования, два масштабных преобразователя 10,11, два накапливающих сумматора 12,13, два ЦАП 14,15 и два блока 16 и 17 ФАПЧ. При различных скоростях изменения температуры динамическая составляющая изменения частоты ΔF<SB POS="POST">G</SB> =A<SB POS="POST">2</SB>DT/DT подавляется блоками 16,17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 перепрограммируемой памяти и подбором элементов блока 6 элементов управления частотой. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1515334

;51) 4 Н 03 В 5/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) (21) 4319199/24-09 (22) 19.10.87 (46) 15. 10,89. Бюл. Р 38 (71) Харьковский политехнический институт им.В.И.Ленина (72) A.В.Дюков, С.А.Сульженко и А.С.Гончаренко (53) 621.373.5 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1197035, кл. Н 03 В 5/32, 1984.

Заявка Франции У 2548848, кл. Н 03 L 1/02, 1985 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ТЕРИОКОМПЕНСАЦИИ

КВАРЦЕВОГО ГЕHEPATOPA (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электри2 ческих колебаний. Цель иэобретения— повышение точности термокомпенсации.

В устройство для достижения цели введены датчик 8 температуры, блок 9 дифференцирования, два масштабных преобразователя 10, 11, два накапливающих сумматора 12, 13, два ЦАП

14, 15 и два блока 16 и 17 ФАПЧ. При различных скоростях изменения температуры динамическая составляющая изменения частоты df< а dT/dt подавляется блоками 16, 17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 перепрограммируемой памяти и подбором элементов блока 6 элементов управления частотой.

1 э,п.ф-лы, 4 ил.

С:

Мб

Ю

CO

CQ вВ

151533

11зобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в высокостабильных источниках электрических колебаний.

Бель изобретения — повьш|ение точности термокомпенсации.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства термокомпенсации кварцевого генератора; на фиг.2-4 — эпюры, поясняющие принцип его действия.

Устройство термокомпенсации кварцевого генератора содержит первый и второй кварцевые генераторы 1 и 2, блок 3 вычитания частот, частотомер

4, блок 5 перепрограммируемой памяти, блок 6 элементов управления частотой, делитель 7 частоты, датчик 8 температуры, блок 9 дифференцирова- 20 ния, первый и второй масштабные преобразователи 10 и 11, первый и второй накапливающие сумматоры 12 и 13, первый и второй цифро-аналоговые преобразователи (ЦЛЛ) 14 и 15 и первый и 25 второй блоки 1б и 17 фазовой автоподстройки частоты, Первый блок 16 состоит из фазового детектора 18, аналогового сумматора

19 и генератор» 20, управляемого нап- 30 ряжением.

Второй блок 17 включает фазовый детектор 21, аналоговый сумматор 22 и генератор 23, управляемый напряжением.

Первый кварцевый ге:1ератор 1 содержит кварцевый резонатор 24.

Второй кварцевый генератор 2 содержит кварцевый резонатор 25.

Устройство термокомпенсации кварце-40 вого генератора работает следующим образом.

Кварцевый резонатор 25 второго кварцевого генератора 2 обеспечивает стабильную частоту без термокомпен-Е

45 сации в пределах 2 -10 при изменениях температуры в широком диапазоне (фиг.4, кривая б). Для температурной компенсации выходной частоты второго кварцевого генератора 2 первым включен кварцевый генератор 1 с кварцевым резонатором 24, температурный дрейф частоты которого должен значительно (на 2-3 порядка) превосходить температурный дрейф частоты второго кварцевого генератора 2 с кварцевым

55 резонатором 25 и составлять в том же диапазоне температур (фиг.4, кривая а)

5 ° 10

4 4

Как видно из фиг.4 (кривая а), закон изменения частоты выходного сигнала кварцевого резонатора 24 первого кварцевого генератора 1 выбирают монотонным, чтобы его частота f соответствовала исключительно температуре.

Частотные сигналы первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 (соответственно Й и ЕG ) зависят как от самой температуры Т, так и скорости ее изменения и определяются выражениями:

aT т = о1 + а, Т+ а,, „

dT

f =f +,> а.Т.+ а —— с о1 где а,,a — коэффициенты разложения температурно-частотной характеристики (ТЧХ);

f „f, — номинальные частоты первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2; термодинамические коэффициенты частоты кварцевых резонаторов 24 и 25 первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2 соответственно °

Таким 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. фактиdT чески при — — = 0 поэтому предуд 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 N, пропорциональный скорости изменения темпеdT ратуры; т е =К 1 где К вЂ” коэффициент пропорциональности. Этот код поступает на входы первого и второго масштабных преобразователей 10 и 11, на выходах которых формируются коды, dT dT пропорциональные а — — и а соотdt ч- dt ветственно. 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 кодов

Г2б = Ео, + а,Т>

j n

f„. + . а.Т З о

5 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. Поэтому

5 на выходах первого и второго ЦАП 14 и

15 формируются пилообразные напряжения (на фиг.2 и 3) они показаны приближенно, строго они представляют со- 10 бой ступенчато-пилообразные напряже- ния), частоты которых прямо пропорциональны членам а и а - —, dT dT dt dt

Так, если скорость изменения температуры такова, что оиа влечет за собой уменьшение частоты первого кварцевого генератора 1 (или второго кварцевого генератора 2), то пилообразное напряжение на выходе ЦАП 14 и 15 по- 20 ложительно и его частота пропорциоdT dT нальна а — (а †-) при этом это в напряжение поступает на второй вход аналогового сумматора 19 (22), посте- 25 пенно смещая по фазе колебания генератора 20 (23) по отношению к колебаниям первого (второго) кварцевого генератора 1 (2), а в момент времени первый (второй) накапливающий сум- 30 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- 5 та t, до момента, число импульсов генератора 20 (23) на единицу больше числа импульсов первого (второго) кварцевого генератора 1 (2). Таким об-40 разом, при известных c7i и аь 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! 6 на величины half,. и pf соответственно, при этом при противо«оложной скорости изменения температуры эти напряжения отрицательны (фиг.3), поэтому частоты генераторов 20 и 23 в»ш.е частот первого и второго кварцевых гснераторов 1 и 2. Соответствующим выбором емкости первого и второго накапливающих сумматоров 12 и 13 и коэффициента передачи блока 9 диффере ьцирования добиваются того, что частоты на выходах генераторов 20 и 23 соответствуют статическим ТЧХ первого и второго кварцевых генераторов 1 и 2, т,е. они равны соответственно:

Частотные сигналы f, и f подаются гз на входы блока 3 вычитания, на выходе которого формируется частотньп» сигнал

f>=f, -f, 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 темперaòóðíîì диапазоне.

Таким образом, при различных скоростях изменения температуры динамическая составляющая изменения частоты

dT

Qf < = а подавляется первым и с1е вторым блоками 16 и 17, а статическая составляющая изменения частоты компенсируется соответствующим программированием блока 5 и подбором элементов блока 6.

dT

df = a

QT 1 Д

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 термически связаны, последовательно соединенные блок вычитания частот, частотомер, блок перепрограммируемой памяти и блок элементов управления

1515334

Й(Я Я (15) >zo (л о юг, 2

И г) частотой, 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 под5 ключены 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 детекто2п ра, первый вход которого является входом блока фаэовой автоподстройки частоты, аналогового сумматора и генератора, управляемого напряжением, выход которого подключен к второму

25 входу фазового детектора и является выходом блока фаэовой автоподстройки частоты, при этом второй вход аналогового сумматора является входом управления блока фаэовой автоподстройки

30 частоты.

1515334

Составитель В.Рудай

Техред М.Иоргентал Корректор Т.Малец

Редактор А.Лежнина

Заказ 6293/55

Тирак 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", г. Уагород, ул. Гагарина, 101