Кварцевый генератор

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.04.78 (21)2604638/18-09 (51) М. Кл. с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Н 03 В 5/32

1осударстаенный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 230880. Бюллетень ¹ 31 (53) УДК 621. 373. .5(088.8) Дата опубликования описания 2308.80 (72) Авторы изобретения

Л. С. Марьяновский и Г. В. Васецкий (71) Заявитель (54) КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР

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 актив- 15 ной части подключен к первому входу смесителя через умножитель частоты, а выход второй активной части подключен ко второму входу смесителя непосредственно )1) . 20 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 подклгченаым между ними 39 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, введены два фильтра высокой частоты и функциональный преобразователь, причем выходы умножителя частоты и второй активной части подключены 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 возвеления

758472

f% n(! 4п) f% (6) 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 следующим образом. 5

Активная часть 2 обеспечивает условие баланса амплитуд и фаз генератора для и-й механической гармоники кварцевого резонатора 3, актив ная часть 1 — для m-й гармоники. При этом умножитель 4 частоты имеет коэффициент умножения к и

Рассмотрим пример, когда и!; m 3

15 а К = 3.

На вход смесителя 5 поступает с активной части 2 генератора умноженная на три первая механическая гармоника (3-я электрическая), с 20 активной части 1 — третья механическая гармоника.

На выходе смесителя 5 присутствует сумма и разность частот смешиваемых колебаний. 25

3f ()+ з(); 3f) (t)- з(t) где f Ä (;. ) - „, + ТЧХ„(! )

f,(т.) - f +ТЧХ.

%з

Практически интерес представляет Зр разностнсе колебание с частотой Я .

Я- ÇfÄ (t) - f (t). (2) ,Цля кварцевого резонатора 3 AT-среза разность двух темттературно-частот- 35 ных характеристик с разными углами ориентации пластины и pможет быть представлена

F> (t) -F>„(t) -:„(-p,„) (с-t ), (3) где Fp„— ТЧХ резонатора с в„, 40

F> — ТЧХ резонатора с коэффициент для угла ориен-. тации р„; температура рабочая;

to — температура разложения ТЧХ. 45

Так как ТЧХ резонатора 3 для различных гармоник могут быть представлены через ТЧХ резонатора с различными углами ориентации, выражение (2) в нашем случае можно написать 50 з (т) - () - („-,- п- ) (- о) ("1 где F (t)„p„=1; ез (т) „„-тЧХ и угол ориентации пьезоэлемента для

1-т) и 3-й механической гармоники резоватора соответственно.

Разностная частота на выходе смесителя 5

k- A +gF, (t) - Г! (t)), (5) где Й вЂ” постоянная частота, обус- 66 .ловленная некратностью 1-й и 3-й механических гармоник.

Согласно (!) где f — частота 1-й механической .Ф т гармоники; частота и механической гар-ъп моники; поправочный коэффициент, зависящий от номера механической гармоники на низких механических гармониках порядка 10 .

Фильтр 6 нижних частот выделяет раэностное низкочастотное колебание 7 . С выхода фильтра 6 нижних частот колебание с частотой A поступает на частотный дискриминатор 7, с выхода которого на сумматор 14 поступает напряжение, величина которого пропорциональна линейному изменению частоты от температуры

U U t! +к,(т-е,)), (7) где кт= Y„(p„=@ pr

Температурная зависимость частоты может быть представлена степенным рядом, причем для .часто встречающихся температур от — 60 до +100 С пренебрегают членами выше третьего порядка. Ф-Я+ o((,Мо1 о(to) 1,(Е) где а©, bo co - температурные коэффициенты 1-. го, 2-го и 3-го порядков соответственно для резонатора 3 с углом ориентации . йз выражения (8) видно, что возводя напряжение (7) с выхода частотного дискриминатора 7 в квадрат и куб с коэффициентами К и К в устройствах 12 и 13

v (t) uo (й.-tî) к т (9)

v (t)-uo(t-,) к (io) и суммируя (7), (9) и (!О),получаем на выходе сумматора 14 напряжение

u(t)

И ф= U, P4+ !tÄ (- g+ .к (t -1 ) к qt - 1 ) ) (!!)

Из сравмения (8): и (! ) видно, что зависимость управляющего напряжения 0(t) полностью соответствует температурному изменению частоты генератора f(t), если о К Ьо, кз с . угол ориеитации р кварцевых резонаторов AT-среза может изменяться в широких пределах (35o00 -35 30 ) и, в общем случае, неизвестен. Это затрудяяет поиск коэффициентов К„, К и К> для моделирования. выражение (3) может быть переписаиог

FA (t)FA (t)+ f,(p, - Р,) (t-ta), (!2) где в„- 35 07 и F (t) — оптимальный угол ориентации пьезоэлемента оптимальная ТЧХ резонатора 3.

758472

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

Построение управляющего на.пряжения U(t) существейно упрощается. Для этого достаточно один раз с помощью функционального преобразователя 10 осуществить вполне определенное преобразование линейной функции (7) в квадратную и кубическую, используя известные коэффициенты

ТКЧ разложения оптимальной ТЧХ для угла среза = 35 07 . 15 во,ом

C ООПт

Окойчательно на выходе сумматора 14.

0(+)=Uz/l+R„(t-t )-0,5.Л0 (t to l0883l ЛО (t-t) ) (ЛЪ)

С выхода сумматора 14 напряжение

U(t) поступает на устройство 16 управ-2 ления током нагрева. В результате температура нагревателя 15 и кварцевого резонатора 3 будет изменяться в соответствии с окружающей генератор температурой. Для однозначности ЗО

-регулирования температурой кварцевого резонатора 3 рабочая точка статирования выбирается на участке ТЧХ с монотонной зависимостью ухода частоты генератора от температуры. 3S

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

Формула изобретения содержащий е части с кварцевым ельно соеьтр нижних риминатор, ния частотой первой акчастоты, тем, что ратурной нерируемых ны два фильфункциональичем выховторой актив первому и я через высокой ного дискриементу управнкциональный мации, и экспертизе льство СССР

77,прототип) °

Кварцевый генератор первую и вторую активны подключенным между ними резонатором, последоват диненные смеситель, фил частот и частотный диск а также элемент управле и подключенный к выходу тивной части умножитель отличающийся с целью повышения .темпе стабильности частоты ге колебаний, в него введе тра высокой частоты и ный преобразователь, пр ды умножителя частоты и иой части подключены к второму входам смесител соответ .твукщие фильтры частоты, а выход частот минатора подключен к зл ления частотой через фу преобразователь.

Источники инфор принятые во внимание пр

1. Авторское свидете по заявке 2538942/18-09 кл. Н 03 В 5/32, 01.11. статирования температуры нечувствительно к нестабильности частоты 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.

758472

Составитель А. Зайцева

Техред М. Рейвес Корректор Н. Стец

Редактор М. Ликович

Филиал IHII1 "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 5767/20 Тираж 995 Подписное

ЦНИИПИ Росударственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5