CN1367582A - 晶体振荡器和信号振荡方法 - Google Patents

Abstract

本发明的晶体振荡器防止在等于或低于正常温度的低温区域的非正常振荡。将所述晶体振荡器构造成使晶体振动器紧靠热源,并使晶体振动器的温度可以保持在高于出现非正常振荡的温度。例如,假设晶体振动器的温度高于0℃。因此,使用放大振荡输出的功率晶体管作为热源。

Description

晶体振荡器和信号振荡方法

技术领域

本发明涉及晶体振荡器，具体地说，涉及防止由于温度变化而突然改变振荡频率引起的非正常振荡的晶体振荡器。

背景技术

使用晶体振荡器作为各种类型的电子器件，如数字控制器件、通信器件的频率和时间参考源。在使用晶体振荡器的通信装置中，通信装置通常安装在室外，并要求在剧烈温度变化环境下使用，例如，像连接了大量通信线的宽带无线通信装置。

图1和图2示例了一般晶体振荡器。图1示出晶体振荡器的电路图，图2是晶体振荡器结构的剖面图。

晶体振荡器主要由晶体振动器1和振荡电路单元2构成，并形成如Colpitts型振荡电路。晶体振动器1的结构是形成一个电极(未示出)，例如，在AT切片石英晶体单元中，固定石英晶体单元，并将其密封在金属盒子5中，从盒子中引出导线。

振荡电路单元2由与晶体振动器1(电感元件)一起形成谐振电路的电容器和用于振荡的放大器等构成。通常，放大振荡电路2的振荡输出的振荡放大级6连接到振荡电路单元2。晶体振动器1和形成晶体振荡器的另一单元7被设置在具有导线8的电路板9上，并由未示出的盖子密封。

按照这种晶体振荡器，由于晶体振动器1的频率-温度特性，输出信号的振荡频率主要随温度变化。

如果晶体振动器1的石英晶体单元是AT切片，振荡频率的频率-温度特性变为三次曲线，其拐点靠近正常温度(25℃)。一般来说，如图3所示，选择的晶体振动器的频率-温度特性在等于或低于正常温度的低温区域内具有最大值，在高于正常温度的高温区域具有最小值。就是说，选择的晶体振动器(AT切片的切割角度)具有这样的频率-温度特性，使得由于温度变化引起的振荡频率变化在具有正常温度作为中心的宽温度范围内的最大和最小值之间的单调变化范围内被抑制。注意，最大和最小值的温度点取决于AT切片的切割角度。

然而，具有上述结构的晶体振荡器存在的问题是在0℃或低于0℃的低温区域会引起非正常振荡。在此所说的非正常振荡不是按照频率-温度特性适当地变化振荡频率的现象，而是振荡频率非连续地变化，通常称这种变化为振荡频率的跳变(微-跳跃)。

图4示出在晶体振动器的频率-温度特性中的跳跃(微-跳跃)。

例如，如图4所示，由于某些原因或者由于有多个条件符合时，频率-温度特性在等于或小于0℃的某些温度点上具有非常小的谐振点。这个谐振点被称为微跳跃，并在制造过程中测量频率-温度特性时不能被发现。由于此原因，存在的问题是在0℃或低于0℃的环境下不能避免低温区域内的非正常振荡。然而，注意，微跳跃不是在所有晶体振荡器中发生的。

上述例子仅仅涉及到晶体振荡器。然而，通过把电压可变电容元件插入晶体振荡器的振荡闭合回路，类似地，非正常振荡出现在具有施加了补偿电压结构的晶体振荡器中(未示出)，或者在振荡闭合回路中插入由热敏电阻和电容的并联电路构成的温度补偿电路，在称为温度补偿型的晶体振荡器中补偿和平坦频率-温度特性。

就是说，即使在这些晶体振荡器中，晶体振动器1本身依赖于环境温度，并显示了在低温区域中具有谐振点的频率-温度特性。因此，尽管进行了温度补偿，也不能避免频率的突然变化和出现非正常振荡。作为引起微跳跃的因素，存在各种各样的理论，例如，这种压缩现象出现在等于0℃或低于0℃温度时的密封盒子内的石英晶体单元的表面上等。但目前还没有阐述它的细节。

发明内容

本发明的目的是提供一种在低温区域内防止非正常振荡的晶体振荡器。

本发明的晶体振荡器包括振荡单元和热源单元。

振荡单元由具有频率-温度特性的晶体振动器和振荡电路单元构成，频率-温度特性按照温度改变谐振频率。

紧靠晶体振动器的热源单元保持晶体振动器的温度高于引起非正常振荡的晶体振动器的温度。

具有另一种结构的本发明的晶体振荡器包括具有晶体振动器的振荡单元和保持晶体振动器的温度高于引起非正常振荡的晶体振动器的温度的热源单元。

例如，由出现在晶体振动器中的微跳跃引起非正常振荡。

例如，晶体振动器被保持在高于0℃的温度上。

例如，热源单元由放大振荡输出的功率晶体管形成。

按照本发明，由热源单元使晶体振动器保持在比特定温度高的温度下，以致非正常振荡不出现在低温区域。

附图说明

图1是常规晶体振荡器的电路图；

图2是常规晶体振荡器的剖面图；

图3是常规晶体振荡器的频率-温度特性；

图4表示用以说明微跳跃的晶体振荡器的频率-温度特性；

图5是优选实施例的晶体振荡器的剖面图；

图6是在使用表面安装的晶体振荡器的情况中的晶体振荡器的剖面图；

图7是按照温度改变热量的控制电路的电路图。

具体实施方式

首先，描述本发明的基本原理。

按照本发明，注意力集中在这样一点上，即如果晶体振动器被保持在高于温度点(0℃或低于0℃)的温度，就不会出现上述微跳跃的问题，在等于或低于正常温度的低温区域出现非正常振荡，晶体振动器紧靠如功率晶体管的热源，像日本专利公开No 1-195706等公开的恒温加热炉的晶体振荡器中使用的恒温加热炉一样。

结果，晶体振荡器被保持在高于引起非正常振荡温度的温度上(低温区域的温度点等于或低于正常温度，例如，0℃或低于0℃的温度点)。因此，即使环境温度变为引起非正常振荡的低温区域的温度，晶体振荡器也不变为引起非正常振荡的温度。

下面描述本发明一个优选实施例的晶体振荡器。

类似于图1方框图所示的晶体振荡器，这个优选实施例的晶体振荡器包括晶体振动器1，AT切片石英晶体单元被密封在具有引线4的金属盒子5内、具有电容器的振荡电路单元2、用于振荡的放大器、振荡放大级6。晶体振动器1和配置晶体振荡器的另一单元7排列在电路板9上。

如果电压加到振荡电路3，晶体振动器1被激励，由晶体振动器1的石英晶体单元的形状确定的特定频率的输出信号从振荡电路3输出，并由振荡放大级6放大和输出该信号。

图5示出这个优选实施例晶体振荡器的剖面图。在这个图中，与图2剖面图表示的晶体振荡器的相同构成单元由相同参考标号表示，在下面的解释中，关于这些单元的详细解释已被忽略。

在图5所示的晶体振荡器中，与振荡电路无关的具有引出线10功率晶体管11被布置在电路板9上。此外，晶体振荡器1紧靠功率晶体管11放置。在此，晶体振动器1的主表面(金属盒子5)面对并紧靠功率晶体管11，引线4被弯曲，以便连接到电路板9的布线图(未示出)。

按照这种结构，由于功率晶体管产生的热，使晶体振动器1至少被保持在高于0℃的温度上。此外，即使环境温度变到如0℃或低于0℃的低温区域的温度，晶体振动器也被保持在高于0℃的温度上。因此，晶体振荡器可以共给稳定振荡频率而没有在0℃或低于0℃的温度点上引起非正常振荡。

在图5中，晶体振动器的结构是将石英晶体元件密封在具有引线4的金属盒子5中，它被采用为晶体振动器1。然而，本发明也适用于如表面安装的晶体振动器，其中，石英晶体单元被密封在它的后端上具有安装电极的陶瓷盒子中。

图6是这种情况下的晶体振荡器的剖面图。

在这个图中，用于表面安装的晶体振动器12被安装在电路板9上，功率晶体管11被放置在晶体振动器12上，以便热被传导到晶体振动器12上。

可以只对作热源用的或者为其它目的用的晶体管，如放大振荡输出的功率晶体管、电源功率晶体管或也可用于调制器的晶体管重新排列作为热源的功率晶体管。或者，由失去晶体管发射极的收集极(源极)产生的热可以用作为热源。

此外，假设晶体振动器的温度被保持在高于0℃。然而，如果在低温区域内引起非正常振荡的晶体振动器的温度是清楚的，那么，晶体振动器可以被保持在高于该温度的温度。

而且，上述优选实施例采用使晶体振动器温暖的功率晶体管11作为热源，然而，即使晶体振动器的温度被保持在高于引起非正常振荡的温度点上，其它元件也可以作为热源。例如，陶瓷加热器，缠绕镍铬合金线的晶体振动器是可用的。

此外，在上述优选实施例中，晶体振动器仅仅放置在热源上。然而，由这个热源产生的热量可以随温度变化。

图7示例了热量随温度变化的电路结构。在这个图所示的结构例子中，加到热源的电流由热敏单元控制(例如，正温度系数热敏电阻或热敏电阻)，以便热量在低温上增加。

在这个图所示的结构中，成为热源的功率晶体管15发射极接地，负载电阻14和偏压电组13a和13b分别接在收集极和基极。在两个基极偏压电组13a和13b中的接地端的电阻13b被假设为热敏电阻，其阻值随温度增加而降低。

采用这种结构，电阻13b的阻值随温度升高而降低。结果，功率晶体管15的偏压降低，以至发射极和收集极之间的电流减少，由功率晶体管15产生的热量变得较小。相反，偏压随温度下降升高。因此，发射极和收集极之间的电流增加，由功率晶体管15产生的热量变得较大。

这个优选实施例的结构不同于使用在恒温加热炉的现有晶体振荡器。就是说，按照具有恒温加热炉的现有晶体振荡器，晶体振动器必须保持在常温，例如，温度在高温端变为最小值。因此，用于这种方式的控制电路变得非常严格(复杂)。然而，按照这个实施例的晶体振动器，它足够在高于预定温度上保持晶体振动器。因此，它的控制电路变得非常简单。因此，现有的晶体振荡器和本发明的晶体振荡器是绝对不同的。

此外，上述说明只把晶体振荡器作为例子。然而，本发明也适用于上述把电压可变电容单元插入晶体振荡器的振荡闭合回路中施加补偿电压的结构的晶体振荡器，以及适用于温度补偿振荡器包括温度补偿电路并平坦频率-温度特性。可以设置温度补偿振荡器，以至温度补偿电路的热敏单元紧靠热源配置，并通过热敏单元和补偿检测晶体振动器的温度。

Claims (13)

1.一种晶体振荡器，包括：

振荡单元，由具有频率-温度特性的晶体振动器和振荡电路单元构成，频率-温度特性按照温度改变谐振频率；

热源单元，紧靠晶体振动器，并保持晶体振动器的温度高于引起非正常振荡的晶体振动器的温度。

2.按权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于晶体振动器被保持在高于0℃的温度。

3.按权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元由放大振荡输出的功率晶体管构成。

4.按权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元由形成电源的功率晶体管构成。

5.按权利要求1所述的晶体振荡器，其特征在于非正常振荡由出现在晶体振动器中的微跳跃引起。

6.一种晶体振荡器，包括：

具有晶体振动器的振荡单元；

热源单元，保持晶体振动器的温度高于引起非正常振荡的晶体振动器的温度。

7.按权利要求6所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元在高于0℃的温度上保持晶体振动器。

8.按权利要求6所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元由功率晶体管构成。

9.按权利要求8所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元由放大振荡输出的功率晶体管构成。

10.按权利要求8所述的晶体振荡器，其特征在于所述热源单元由形成电源的功率晶体管构成。

11.按权利要求6所述的晶体振荡器，其特征在于非正常振荡由出现在晶体振动器中的微跳跃引起。

12.按权利要求6所述的晶体振荡器，其特征在于还包括：

控制单元根据晶体振动器的温度控制所述热源单元产生的热。

13.一种防止具有晶体振动器的振荡器的非正常振荡的信号振荡方法，包括：

保持晶体振动器的温度高于引起非正常振荡的晶体振动器的温度；

在温度被保持的状态下输出信号。

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