DE3315883A1 - Quarzoszillator - Google Patents

Quarzoszillator

Info

Publication number
DE3315883A1
DE3315883A1 DE19833315883 DE3315883A DE3315883A1 DE 3315883 A1 DE3315883 A1 DE 3315883A1 DE 19833315883 DE19833315883 DE 19833315883 DE 3315883 A DE3315883 A DE 3315883A DE 3315883 A1 DE3315883 A1 DE 3315883A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
quartz
temperature
oscillator
frequency
ptc thermistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19833315883
Other languages
English (en)
Inventor
Bernd Dipl.-Ing. 8032 Lochham Sommer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE19833315883 priority Critical patent/DE3315883A1/de
Publication of DE3315883A1 publication Critical patent/DE3315883A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/30Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator
    • H03B5/32Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input with frequency-determining element being electromechanical resonator being a piezoelectric resonator
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B5/00Generation of oscillations using amplifier with regenerative feedback from output to input
    • H03B5/02Details
    • H03B5/04Modifications of generator to compensate for variations in physical values, e.g. power supply, load, temperature

Landscapes

  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

  • Quarzoszillator
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Quarzoszillator für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten-und Meßtechnik, insbesondere für die Trägerversorgung von Richtfunkgeräten, bei dem der Temperaturdrift des die Oszillatorfrequenz bestimmenden Quarzkristalls entgegenwirkende Mittel in Form von Thermistoren, gegebenenfalls in Verbindung mit an den Quarz angekoppelten steuerbaren Kapazitätsdioden zu Anwendung kommen.
  • Temperaturkontrollierte Oszillatoren, deren Frequenz über eine spannungsgesteuerte Kapazität geregelt wird, sind beispielsweise aus der Literaturstelle US-PS 3 999 370, insbesondere Fig. 1 und zugehörige Beschreibung bekannt. Diese Regelung gewährleistet nur dann über dem Temperaturbereich stabile Verhältnisse, wenn sehr präzise Quarze eingesetzt werden, deren Temperturkennlinien den vorgegebenen Regelbereich nicht überschreiten. Abgesehen davon, daß hierfür nur ein sehr teurer Quarz in Frage kommt, versagt eine solche Regelung, wenn der Temperaturbereich, wie er beispielsweise für die Trägerversorgung von Richtfunkgeräten im mobilen Einsatz verlangt wird, sich von - 400 C + 800 C oder gar bis 1 900 C erstreckt und in diesem Bereich eine relative Frequenzkonstanz von 10## 9 verlangt wird.
  • Grundsätzlich besteht zwar die Möglichkeit, den Quarz in einen Thermostat einzubauen. Dies ist aber auch eine sehr aufwendige Lösung, die darüber hinaus noch einen relativ großen Energiebedarf für den Thermostaten verlangt, dessen Temperatur sich nach der maximalen Gerätetemperatur richten muß. Gerade im mobilen Einsatz, wo es auf möglichst geringe Abmessungen, geringes Gewicht und geringen Energiebedarf der Geräte ankommt, stellt ein thermostatstabilisierter Quarz eine sehr ungünstige Lösung dar, weil seine Anwendung in unerwünschter Weise Abmessungen, Gewicht und Energiebedarf solcher Geräte nicht unwesentlich erhöht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Quarzoszillator der einleitend beschriebenen Art eine weitere Lösung anzugeben, die bei einer relativen Frequenzstabilität von 10 5 in einem weiten Temperaturbereich ohne teure Quarze und ohne einen aufwendigen Thermostaten auskommt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, daß sich mit handelsüblichen nicht speziell ausgesuchten AT-Schnitt-Quarzen die genannte Frequenzkonstanz in einem Temperaturbereich zwischen - 400 und + 800 mittels eines außerordentlich preiswerten geeigneten Kaltleiters sicher beherrschen läßt, der hierbei an eine konstante Spannungsquelle angeschaltet ist, und in gut wärmeleitendem Kontakt zum Quarz steht.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung, die im Patentanspruch 4 angegeben ist, kann unter Gewährleistung der genannten Frequenzkonstanz der Temperaturbereich auch auf wenigstens + 900 erweitert werden. Die Steuerung der hierfür verwendeten, an den Quarz angekoppelten Kapazitätsdiode kann dabei in außerördentlich vorteilhalter Weise auf eine einfache Steuerspannungsumschaltung reduziert werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bzw.
  • ihrer Weiterbildung sind in den Patentansprüchen 2 und 3 bzw. im Patentanspruch 5 angegeben.
  • Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeuten Fig. 1 Frequenztemperaturverläufe handelsüblicher AT-Schnitt-Quarze, Fig. 2 eine von der Erfindung Gebrauch machende Prinzipschaltung eines Quarzoszillators, Fig. 3 ein den Quarz mit seiner Halterung darstellender Ausschnitt in einer nach dem Prinzipschaltbild der Fig. 2 gestalteten Oszillatorschaltung, Fig. 4 ein Frequenz-Zeit- und ein Temperatur-Zeitdiagramm einer ausgeführten Oszillatorschaltung nach Fig. 2, Fig. 5 eine Temperaturfrequenztabelle.
  • Wird ein Quarzoszillator im Frequenzbereich um beispielsweise 10 MHz ohne besondere der Temperaturstabilisierung der Frequenz dienende Maßnahmen realisiert, so zeigt die relative Ausgangsfrequenz - f/fo über der Temperatur T in °C das in Fig. 1 im Diagramm dargestellte Verhalten. Der Temperaturverlauf, der hier furdrei Quarze Q1, Q2 und Q3 aufgezeichnet ist, hat s-förmigen Verlauf. Die gegenseitigen Unterschiede im Verlauf der Kennlinien für die einzelnen Quarze Q1, Q2 und Q3 sind durch den Schnittwinkel des jeweiligen AT-Schnitt-Quarzes bestimmt. Der Wendepunkt des s-förmigen Verlaufs ist dabei nahezu schnittwinkelunabhängig. Bei tieferen Temperaturen < - 200 C und bei hohen Temperaturen > + 800 C nimmt die Temperaturempfindlichkeit der Quarzfrequenz stark zu. Die Schnittwinkelunterschiede des Kurvenverlaufs der Quarze Q1, Q2 und Q3 beträgt jeweils eine Winkelminute. Soll von einem Quarz über einen großen Temperaturbereich eine vorgegebene hohe Frequenzstabilität eingehalten werden, so ist es erforderlich, ihn jeweils aus der Serienfertigung dadurch auszusondern, daß jeder Quarz thermisch zunächst durchgemessen wird. Solche Quarze sind also sehr teuer und auch nur in geringen Stückzahlen fertigbar, so daß sie, abgesehen von den Kosten, für die Massenfertigung von Quarzoszillatoren nicht in Frage kommen. Sollen handelsübliche Quarze den in Fig. 1 über der Temperatur dargestellten Frequenzverlauf in einem weiten Temperaturbereich von - 400 C bis + 900 C mit einer relativen Frequenzkonstanz von 10 5 sicher gewährleisten, dann ist es erforderlich, den Temperatureinfluß an der unteren wie auch an der oberen Temperaturgrenze im Sinne der gewünschten Stabilität zu beeinflussen.
  • Fig. 2 zeigt das Prinzipschaltbild für einen Quarzoszillator, der sowohl im unteren als auch im oberen Temperaturgrenzbereich stabilisiert ist. Die eigentliche Oszillatorschaltung OS ist in Fig. 2 nicht näher angegeben. Es ist lediglich der Quarz Q besonders dargestellt. Dieser Quarz Q steht in gut wärmeleitendem Kontakt mit dem Kaltleiter Kl, der an die vorzugsweise konstante Spannungsquelle Uo angeschaltet ist. Diese Maßnahme bewirkt die Stabilisierung der Oszillatorfrequenz an der unteren Grenze des Temperaturbereichs.
  • Für die Stabilisierung der Oszillatorfrequenz an der oberen Temperaturbereichsgrenze ist eine an den Quarz angekoppelte Kapazitätsdiode CD vorgesehen, der die Steuerspannung vom Umschaltkontakt des Schalters S über ein RC-Glied aus dem Längswiderstand R und der Querkapazität C sowie einen dem Widerstand R in Reihe geschalteten Koppelwiderstand Rk zugeführt ist. Der Schalter S legt je nach Schaltstellung entweder die hohe Steuerspannung U1 oder die hiergegen wesentliche niedrigere Steuerspannung U2 an die Kapazitätsdiode CD an. Gesteuert wird der Schalter S vom Ausgang des Temperaturdiskrirninators tt, der in seiner Temperaturschwelle to von außen einstellbar ist. Eingangsseitig ist der Temperaturdiskriminator ß t mit dem Temperaturfühler Tf verbunden, der die Umgebungstemperatur des Quarzes Q dem Temperaturdiskriminator Ät anzeigt.
  • Über dem Kaltleiter Kl, beispielsweise eine Kaltleiterpille P240, die von der vorzugsweise konstanten Spannungsquelle Uo von beispielsweise 24 V gespeist wird, fließt bei 100 C praktisch kein Strom. Er hat bei - 700 seinen niedrigsten Widerstandswert. Dies bedeutet, daß über den Kaltleiter bei abnehmender Temperatur mehr und mehr Strom fließt und er damit für den Quarz als Heizquelle umso wirksamer wird, je tiefer die Temperatur sinkt. Auf diese einfache Weise läßt sich die Quarzfrequenz im unteren Temperaturgrenzbereich stabilisieren.
  • Ein spezielles Ausführungsbeispiel für die Quarz-Kaltleiteranordnung zeigt Fig. 3. Die Quarzhalterung QK ist hier über eine wärmeisolierende Zwischenlage IP auf der die Gesamtschaltung tragenden Substratplatte SP angeordnet und über dünne wenig wärmeleitende Kontaktstifte St zur Masseleitung auf der Substratplatte SP durchkontaktiert. Die Quarzhalterung ist als eine federnde Metallhalterung ausgeführt, in die der Quarz Q mit seinem Gehäuse eingeklemmt ist. Auf beiden Seiten der Quarzhalterung QH ist jeweils ein Kaltleiter Kl im Bereich seines einen Anchlusses an der Quarzhalterung QH festgelötet. Der jeweils andere Anschluß des Kaltleiters Kl ist mit gedruckten Leitern auf der Substratplatte SP verbunden, die ihrerseits zu der in Fig. 2 gezeigten konstanten Spannungsquelle Uo führen. Diese Doppelanordnung eines Kaltleiters Kl hat den Vorteil, daß der Quarz Q mit sinkenden Temperaturen von beiden Seiten gegenüber der Umgebungstemperatur aufgeheizt wird. Die Kaltleiter Kl sind dabei über die Quarzhalterung QH hinsichtlich der konstanten Spannungsquelle Uo parallel geschaltet, da die Quarzhalterung QH Massepotential aufweist. Selbstverständlich könnten der oder die Kaltleiter auch unmittelbar am Quarzgehäuse angelötet sein.
  • Die Schaltanordnung für die Frequenzkorrektur im oberen Temperaturgrenzbereich ist so ausgelegt, daß bei Anliegen der hohen Steuerspannung U1 die Kapazitätsdiode CD eine so kleine Kapazität aufweist, daß ihr Einfluß auf die Quarzfrequenz vernachlässigbar ist.
  • Sobald der Temperaturfühler Tf dem Temperaturdiskriminator a t eine Temperatur meldet, die die Schwellwerttemperatur to von beispielsweise 820 C erreicht bzw.
  • überschreitet, schaltet der Temperaturdiskriminator Et den Schalter S in die nicht dargestellte Schaltstellung, in der nunmehr die wesentlich niedrigere Steuerspannung U2 an der Kapazitätsdiode CD anliegt.
  • Durch das RC-Glied wird der beim Schalten auftretende Spannungssprung in seiner Wirksamkeit auf die Kapazitätsdiode CD in wünschenswerter Weise abgedämpft. Die niedrigere Steuerspannung U2 bewirkt nun, daß die Kapazitätsdiode CD hinsichtlich des Quarzes auf eine wirksame Kapazität umgeschaltet wird, die im Sinne der gewünschten Frequenzkorrektur wirksam wird.
  • Zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Oszillatorschaltung nach Fig. 2 sind in Fig. 4 einerseits die Frequenzänderung z f/fo multipliziert mit dem Faktor 10 und andererseits die Temperatur in 0 über der Zeit t für einen Temperaturbereich von - 40° bis + 900 aufgetragen. Durch die Wirkung des Kaltleiters KL ist die maximale relative Frequenzabweichung bei - 400 C -6 0 - 7.6 . 10 6. Bei + 82 C erfolgt die Umschaltung der Steuerspannung für die Kapazitätsdiode CD, so daß bei weiterem Ansteigen der Temperatur die maximale relative Frequenzabweichung bei + 900 C + 5.2 . 10 6 beträgt.
  • Diese Werte aus den Diagrammen der Fig. 4 sind in der Tabelle 5 noch einmal angegeben und hierbei in Klammern die zugehörige relative Frequenzänderung für den Fall mit angegeben, in denen die erfindungsgemäßen Maßnahmen nicht angewendet werden. Wie sich zeigt, erhöht sich damit die relative Frequenzänderung bei - 400 C auf - 17.1 und bei + 900 C auf + 11.3.
  • Da die Serienfertigung von AT-Schnitt-Quarzen größere Schwankungen ihres s-förmigen Frequenzverlaufes über der Temperatur aufweisen, sind die mit verschiedenen Quarzen gemessenen Werte entsprechend den Figuren 4 und 5 nicht gleich. Die zu fordernde Frequenzkonstanz innerhalb des Temperaturbereiches von - 400 C bis + 900 C läßt sich jedoch in allen Fällen durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen zur Stabilisierung der Quarzfrequenz im unteren wie im oberen Grenzbereich mit Sicherheit einhalten.
  • 5 Patentansprüche 5 Figuren

Claims (5)

  1. Patentans#rüche 0 Quarzoszillator für Geräte und Einrichtungen der elektrischen Nachrichten- und Meßtechnik, insbesondere für die Trägerversorgung von Richtfunkgeräten, bei dem der Temperaturdrift des die Ozsillatorfrequenz bestimmenden Quarzkristalls entgegenwirkende Mittel in Form von Thermistoren, gegebenenfalls in Verbindung mit an den Quarz angekoppelten steuerbaren Kapazitätsdioden, zur Anwendung kommen, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t , daß zur Korrektur der Oszillatorfrequenz im Bereich tiefer Temperaturen die Temperatur des Quarzes (Q) mittels wenigstens eines geeigneten Kaltleiters (Kl) dadurch stabilisiert wird, daß der an eine Spannungsquelle (Uo) angeschlossene Kaltleiter mit dem Quarz in gut wärmeleitendem Kontakt steht.
  2. 2. Quarzoszillator nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die metallische Quarzhalterung (QH) wärmeisolierend auf der die Oszillatorschaltung tragenden Substratplatte (SP) befestigt ist und daß der Kaltleiter (K1) im Bereich eines seiner beiden Anschlüsse unmittelbar an der Quarzhalterung festgelötet ist.
  3. 3. Quarzoszillator nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an der Quarzhalterung (QH) auf einander gegenüberliegenden Seiten jeweils ein Kaltleiter (Kl) festgelötet ist und daß beide Kaltleiter über die Quarzhalterung hinweg an die konstante Spannungsquelle (Uo) angeschaltet sind.
  4. 4. Oszillator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zur zusätzlichen Korrektur der Oszillatorfrequenz im Bereich hoher Temperaturen eine Schaltanordnung vorgesehen ist, bestehend aus einer an den Quarz angekoppelten, spannungsgesteuerten Kapazitätsdiode (CD) einem Temperaturfühler (T£) zur Messung der Quarzumgebungstemperatur, einem eingangsseitig mit dem Temperaturfühler verbundenen, hinsichtlich seiner Temperaturschwelle (to) einstellbaren Temperaturdiskriminator (t t) t> und einer über den Ausgang des Temperaturdiskriminators einschaltbaren Steuerspannungsquelle (U1, U2, S) für die Steuerung der Kapazitätsdiode, und daß die Schaltanordnung so ausgelegt ist, daß der Temperaturdiskriminator die Steuerspannung an der Kapazitätsdiode von einem ersten hohen Spannungswert (U1) auf einen zweiten niedrigen Spannungswert (U2) und umgekehrt umschaltet, sobald die Quarzumgebungstemperatur die eingestellte Temperaturschwelle über- bzw.
    unterschreitet.
  5. 5. Oszillator nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerspannung (U1, U2) der Kapazitätsdiode (CD) über ein einen weichen Übergang der Steuerspannungsänderung beim Umschalten gewährleistendes RC-Glied (R, C) zugeführt ist.
DE19833315883 1983-05-02 1983-05-02 Quarzoszillator Withdrawn DE3315883A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833315883 DE3315883A1 (de) 1983-05-02 1983-05-02 Quarzoszillator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19833315883 DE3315883A1 (de) 1983-05-02 1983-05-02 Quarzoszillator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE3315883A1 true DE3315883A1 (de) 1984-11-08

Family

ID=6197889

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19833315883 Withdrawn DE3315883A1 (de) 1983-05-02 1983-05-02 Quarzoszillator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3315883A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1810274B2 (de) * 1968-11-22 1977-03-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Einrichtung zum begrenzen temperaturbedingter frequenzschwankungen eines quarzgesteuerten hochfrequenzoszillators
DE3010059A1 (de) * 1980-03-15 1981-09-24 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Einrichtung zum begrenzen temperaturbedingter frequenzschwankungen eines quarzgesteuerter hochfrequenzoszillators

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1810274B2 (de) * 1968-11-22 1977-03-10 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Einrichtung zum begrenzen temperaturbedingter frequenzschwankungen eines quarzgesteuerten hochfrequenzoszillators
DE3010059A1 (de) * 1980-03-15 1981-09-24 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Einrichtung zum begrenzen temperaturbedingter frequenzschwankungen eines quarzgesteuerter hochfrequenzoszillators

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DE-Z: Frequenz, Vol.29, no.1, S.4-9, Jan. 1975 *
DE-Z: Internationale Elektronische Rundschau, 1971, Nr.10, 25.Jg., S.249-251 *
US-Z: Electronics, 14.Aug. 1972, S.124-126 *
US-Z: Electronics, 18. März 1976, 49.Jg, H.6, S121122 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3008686A1 (de) Temperaturkompensationsschaltung fuer einen kristalloszillator
DE1540293C3 (de) Widerstandsbaueinheit für Einstellaggregate zur Erzeugung von Betriebsspannungen für Regel- und Abstimmorgane, insbesondere Kapazitätsdioden
DE2802461A1 (de) Integrierter mikrowellenoszillator
DE1591227A1 (de) Schaltungsanordnung zur Kompensation des Temperaturganges eines Oszillators
EP0634066A1 (de) OSZILLATOR FÜR EINE FREQUENZ VON 1,6 BIS 3 GHz
DE2436857C2 (de) Temperaturkompensation für einen in einem Kaltbereich, Mittelbereich und Heißbereich arbeitenden Quarzoszillator
DE2811080C2 (de) Durch Spannungsänderung abstimmbarer Hochfrequenz-Oszillator
EP1143551A1 (de) Integrierte Hochfrequenzschaltung
DE2009032C3 (de) Frequenzmodulierbarer Quarzoszillator
DE3315883A1 (de) Quarzoszillator
DE3436673C2 (de)
DE2650777A1 (de) Breitbandoszillator mit elektrischer frequenzsteuerung
DE2753629A1 (de) Schaltungsanordnung fuer spannungsgesteuerte oszillatoren
EP1260021B1 (de) Bauelement mit einer integrierten hochfrequenzschaltung
DE3246295C2 (de) Frequenzmodulierbarer Oszillator
DE2015579C3 (de) Halterung und Anschlußvorrichtung fur einen Halbleiter Mikrowellenoszil lator
DE2129890C3 (de) Schaltung zur Korrektur des Temperaturganges von Abstimmanordnungen
DE2038435A1 (de) Oszillator
DE2101293A1 (de) Temperaturkompensationskreis
DE3426645A1 (de) Temperaturkompensierter oszillator
DE69723592T2 (de) Frequenzvariabler Resonator, und Oszillator sowie frequenzvariables Filter
DE3323963C2 (de) Anordnung zur Temperaturstabilisierung von Halbleiteroszillatoren in Hohlleitertechnik, insbesondere für Millimeterwellen
DE1171029B (de) Schaltung zur Frequenznachregelung von durchstimmbaren Oszillatoren
DE2643657C3 (de) Elektrische Hochfrequenzspule mit stufenlos veränderbarer Induktivität
DE3326286C2 (de)

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8139 Disposal/non-payment of the annual fee