RU2310974C1 - Thermostatted piezo-electric generator - Google Patents
Thermostatted piezo-electric generator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310974C1 RU2310974C1 RU2006112700/09A RU2006112700A RU2310974C1 RU 2310974 C1 RU2310974 C1 RU 2310974C1 RU 2006112700/09 A RU2006112700/09 A RU 2006112700/09A RU 2006112700 A RU2006112700 A RU 2006112700A RU 2310974 C1 RU2310974 C1 RU 2310974C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- printed circuit
- base
- heat
- circuit board
- distribution chamber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к области пьезотехнике, и может быть использовано при разработке термостатированных генераторов с пьезоэлектрическими резонаторами.The invention relates to electronics, in particular to the field of piezoelectric engineering, and can be used in the development of thermostatically controlled oscillators with piezoelectric resonators.
Высокостабильные автогенераторы, в которых используют кварцевые резонаторы, находят широкое применение в самых различных областях техники, в том числе, в устройствах генерирования и формирования радиосигналов, в телекоммуникационных и навигационных системах, в космической технике, в системах сбора и обработки информации, в устройствах мобильной связи, микропроцессорах и др. В частности, использование кварцевых генераторов в навигационном оборудовании и космической аппаратуре предъявляет к ним высокие требования по стабильности частоты в широком диапазоне температур, к массогабаритным характеристикам и энергопотреблению.Highly stable oscillators that use quartz resonators are widely used in various fields of technology, including devices for generating and generating radio signals, in telecommunication and navigation systems, in space technology, in information collection and processing systems, in mobile communication devices microprocessors, etc. In particular, the use of quartz oscillators in navigation equipment and space equipment makes them high demands on the stability of oty in a wide range of temperatures, to weight and size characteristics and energy consumption.
Чтобы обеспечить высокую термостабильность частоты в широком диапазоне температур в автогенераторах используют термокомпенсацию уходов частоты кварцевого резонатора или его термостабилизацию.To ensure high thermal stability of the frequency in a wide temperature range, self-oscillators use temperature compensation of the frequency drift of the quartz resonator or its thermal stabilization.
Кратко рассмотрим их соответственно.Briefly consider them accordingly.
Полученные в настоящее время достижения в области проектирования термокомпесированных кварцевых генераторов с резонаторами AT - среза позволяют реализовать температурную стабильность частоты Δf/f=±(1...5)*10-6 в диапазоне температур от минус 50°С до плюс 60°С.The current achievements in the design of thermocomposited quartz oscillators with AT-cut resonators make it possible to realize temperature stability of the frequency Δf / f = ± (1 ... 5) * 10 -6 in the temperature range from minus 50 ° С to plus 60 ° С .
Более высокой стабильностью частоты в широком диапазоне температур обладают термостатированные кварцевые генераторы. Их стабильность частоты в интервале температур от -10 до +70°С при современных элементной базе и технологии составляет порядка Δf/f=±(1...5)*10-8 при габаритах 36×27×16. По сравнению с термокомпенсированными генераторами они имеют большие габариты, массу и потребление энергии, которое особенно возрастает при низких температурах окружающей среды. В последнее время, за счет использования современной элементной базы, удалось значительно уменьшить массогабаритные характеристики и снизить энергопотребление термостатированных кварцевых генераторов. Однако бурное развитие радиоэлектроники и непрерывное совершенствование радиоаппаратуры требуют и постоянного совершенствовании термостатированных генераторов, в частности повышения стабильности частоты и расширения рабочего диапазона температур.Thermostated quartz oscillators have higher frequency stability over a wide temperature range. Their frequency stability in the temperature range from -10 to + 70 ° С with modern element base and technology is about Δf / f = ± (1 ... 5) * 10 -8 with dimensions of 36 × 27 × 16. Compared to thermally compensated generators, they have large dimensions, mass and energy consumption, which especially increases at low ambient temperatures. Recently, due to the use of modern element base, it has been possible to significantly reduce the weight and size characteristics and reduce the energy consumption of thermostatically controlled quartz oscillators. However, the rapid development of radio electronics and the continuous improvement of radio equipment require constant improvement of thermostatically controlled generators, in particular, increasing the frequency stability and expanding the operating temperature range.
Известен термостатированный кварцевый генератор, описанный в патенте РФ №2122278, МПК Н03В 5/32, 5/36, 1997, содержащий наружный корпус и размещенную в нем печатную плату с установленными на ней нетермостатируемыми элементами схемы генератора, а также установленную на этой плате теплораспределяющую камеру, в которой размещен резонатор, а снаружи, на боковых стенках теплораспределяющей камеры, установлены нагревательные элементы, при этом теплораспределяющая камера и крышка, которой она снабжена, выполнены из материала с высокой теплопроводностью. Однако необходимо отметить, что при относительно высокой температурной стабильности частоты, известная конструкция не обеспечивает эту стабильность в широком диапазоне температур и имеет значительные массогабаритные характеристики, что ограничивает область применения таких генераторов.A thermostatic quartz oscillator is described, described in RF patent No. 2122278, IPC НВВ 5/32, 5/36, 1997, comprising an outer casing and a printed circuit board with non-thermostatic generator circuit elements mounted on it, as well as a heat-distributing chamber mounted on this circuit in which the resonator is located, and outside, on the side walls of the heat distribution chamber, heating elements are installed, while the heat distribution chamber and the lid with which it is provided are made of a material with high thermal conductivity Yu. However, it should be noted that with relatively high temperature stability of the frequency, the known design does not provide this stability in a wide temperature range and has significant weight and size characteristics, which limits the scope of such generators.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому генератору является термостатированный кварцевый генератор по патенту РФ №2207704, МПК Н03Н 5/32, с приоритетом от 31.08.2001, опубликованный в Бюл. №18, 27.06.2003. Термостатированный кварцевый генератор содержит наружный корпус, печатную плату с установленными на ней нетермостатируемыми элементами схемы генератора и теплораспределяющей камерой, в которой размещен резонатор, а на ее боковых стенках установлены нагревательные элементы, при этом теплораспределяющая камера выполнена в виде тонкостенного прямоугольного параллепипеда, нижняя грань которого является основанием теплораспределяющей камеры, а в центральной части основания установлен держатель, в котором закреплены кварцевый резонатор, имеющий прямоугольную форму, и датчик температуры, при этом нагревательные элементы размещены симметрично относительно плоскости симметрии теплораспределяющей камеры.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed generator is a thermostated quartz oscillator according to the patent of the Russian Federation No. 2207704, IPC Н03Н 5/32, with priority dated 08/31/2001, published in Bull. No. 18, 06/27/2003. The thermostatically controlled quartz generator contains an outer casing, a printed circuit board with non-thermostatically controlled elements of the generator circuit and a heat distribution chamber in which the resonator is installed, and heating elements are installed on its side walls, while the heat distribution chamber is made in the form of a thin-walled rectangular parallelepiped, the lower face of which is the base of the heat distribution chamber, and in the central part of the base there is a holder in which quartz resonance is fixed a rectangular shape and a temperature sensor, while the heating elements are placed symmetrically with respect to the plane of symmetry of the heat distribution chamber.
Однако следует отметить, что данная конструкция не может обеспечить высокую температурную стабильность частоты в широком интервале температур, поскольку размещение нагревателей на боковых стенках теплораспределяющей камеры не обеспечивает оптимального постоянства распределения температурного градиента внутри камеры. При изменении температуры окружающей среды нагреваемый тепловой поток внутри камеры постоянно движется вверх, поскольку верхняя грань теплораспределяющей камеры всегда в большей степени охлаждается. Скорость движения теплового потока при этом зависит от температуры окружающей среды, что вызывает соответственно изменение температурного градиента при изменении температуры. В результате такая конструкция не может обеспечить широкий температурный диапазон работы автогенератора с указанной в патенте стабильностью.However, it should be noted that this design cannot provide high temperature stability of the frequency in a wide temperature range, since the placement of heaters on the side walls of the heat distribution chamber does not provide optimal constancy of the distribution of the temperature gradient inside the chamber. When the ambient temperature changes, the heated heat flow inside the chamber constantly moves upward, since the upper face of the heat-distributing chamber always cools to a greater extent. The speed of the heat flow in this case depends on the ambient temperature, which causes a corresponding change in the temperature gradient with temperature. As a result, such a design cannot provide a wide temperature range for the operation of the oscillator with the stability indicated in the patent.
Задачей данного изобретения, является расширение температурного диапазона при сохранении высокой стабильности частоты и обеспечении минимальных массогабаритных характеристик.The objective of the invention is to expand the temperature range while maintaining high frequency stability and ensuring minimum weight and size characteristics.
Технический результат достигается за счет того, что в термостатированный пьезоэлектрический генератор, содержащий регулятор температуры с датчиком температуры и нагревательными элементами, размещенными внутри наружного корпуса, на основании которого закреплена первая печатная плата с установленными на ней нетермостатируемыми элементами схемы генератора и теплораспределяющей камерой, содержащей основание и крышку, выполненные из материала с высокой теплопроводностью в виде тонкостенного прямоугольного параллелепипеда с высотой, значительно меньшей его длины и ширины, при этом термостатируемые элементы схемы генератора и пьезоэлектрический резонатор размещены на второй печатной плате, которая установлена в теплораспределяющей камере параллельно его основной грани, дополнительно введена третья печатная плата, толщина которой выбрана, по крайней мере, в два раза меньше толщины первой и второй печатных плат, расположенная на внешней стороне основной грани основания теплораспределяющей камеры, на которой размещены регулятор температуры с датчиком температуры и нагревательными элементами, при этом длина второй печатной платы выполнена больше длины основания теплораспределяющей камеры, одна из боковых граней которой имеет высоту меньше высоты трех других боковых граней, а обратная сторона второй печатной платы покрыта материалом с высокой теплопроводностью, имеющим тепловой контакт с боковыми стенками теплораспределяющей камеры и разделяет ее на два отсека, в одном из которых с обратной стороны второй печатной платы размещен пьезоэлектрический резонатор, а его выводы подведены к контактным площадкам схемы генератора через изолированные участки, при этом основание теплораспределяющей камеры жестко соединено с крышкой, внешняя сторона основной грани которой закреплена на теплоизоляционной прокладке, размещенной на первой печатной плате, а пространство между внешней поверхностью теплораспределяющей камеры и внутренней поверхностью наружного корпуса заполнено материалом с низкой теплопроводностью.The technical result is achieved due to the fact that in a thermostatically controlled piezoelectric generator containing a temperature controller with a temperature sensor and heating elements located inside the outer casing, on the basis of which is fixed the first printed circuit board with non-thermostatically controlled elements of the generator circuit and a heat-distributing chamber containing the base and a cover made of a material with high thermal conductivity in the form of a thin-walled rectangular parallelepiped with a height, significantly shorter than its length and width, while thermostatically controlled elements of the generator circuit and the piezoelectric resonator are placed on the second printed circuit board, which is installed in the heat-distributing chamber parallel to its main face, an additional third printed circuit board is introduced, the thickness of which is selected at least two times less the thickness of the first and second printed circuit boards, located on the outside of the main edge of the base of the heat distribution chamber, on which the temperature controller with a temperature sensor is located and heating elements, while the length of the second printed circuit board is greater than the length of the base of the heat distribution chamber, one of the side faces of which has a height less than the height of the other three side faces, and the reverse side of the second printed circuit board is coated with a material with high thermal conductivity that has thermal contact with the side walls of the heat distribution chamber and divides it into two compartments, in one of which a piezoelectric resonator is placed on the reverse side of the second printed circuit board, and its conclusions are connected to the contact to the flaps of the generator circuit through isolated sections, while the base of the heat-distributing chamber is rigidly connected to the cover, the outer side of the main face of which is fixed to a heat-insulating pad placed on the first printed circuit board, and the space between the outer surface of the heat-distributing chamber and the inner surface of the outer case is filled with material with low thermal conductivity .
Сущность технического решения поясняется чертежами. На фиг.1 (вид сбоку) и 2 (вид сверху) представлен один из вариантов конструкции термостатированного пьезоэлектрического генератора.The essence of the technical solution is illustrated by drawings. Figure 1 (side view) and 2 (top view) presents one of the design options of a thermostatically controlled piezoelectric generator.
Согласно формуле изобретения термостатированный пьезоэлектрический генератор содержит, показанные на фиг.1 и 2, наружный герметичный корпус 1 с основанием 2, на котором закреплена первая печатная плата 3 с установленными на ней нетермостатируемыми элементами схемы генератора 4 (в частности, элементами схемы выходного усилительного каскада) и теплораспределяющей камерой 5, содержащей основание 6 и крышку 7. Термостатируемые элементы схемы генератора 8 и пьезоэлектрический резонатор 9 (фиг.2) размещены на второй печатной плате 10, которая установлена в теплораспределяющей камере 5. Третья печатная плата 11 расположена на внешней стороне основной грани основания теплораспределяющей камеры 5. На третьей печатной плате 11 размещены элементы схемы регулятора температуры 12 с датчиком температуры 13 и нагревательными элементами 14. Основание теплораспределяющей камеры 5 жестко соединено с крышкой 7, внешняя сторона основной грани которой закреплена на теплоизоляционной прокладке 15, размещенной на первой печатной плате 3. Пространство между внешней поверхностью теплораспределяющей камеры 5 и внутренней поверхностью наружного корпуса 1 заполнено материалом с низкой теплопроводностью 16, который обеспечивает дополнительно сохранение тепла, в том числе возникающее из-за конвекции и излучения элементами схемы.According to the claims, the thermostatically controlled piezoelectric generator contains, shown in FIGS. 1 and 2, an external sealed enclosure 1 with a
Технический результат - расширение температурного диапазона при сохранении высокой стабильности частоты и обеспечении минимальных массогабаритных характеристик достигается за счет обеспечения равномерного температурного поля по всей площади пьезоэлектрической пластины при изменении температуры окружающей среды, поскольку нагревается верхняя поверхность основания теплораспределяющей камеры 5, которая параллельна основной грани пьезоэлектрической пластины. Поскольку более теплый воздушный поток всегда поднимается вверх, наличие дополнительной тепловой перегородки с такой же относительной температурой, на которую не воздействует температура окружающей среды, т.к. она размещена между двумя нагреваемыми поверхностями, обеспечивает отсутствие тепловых потоков и создает соответственно минимальный градиент температуры. А использование фольги второй грани печатной платы в качестве элемента теплорасределяющей камеры 5 обеспечивает также уменьшение габаритов. В качестве нагревателя использован транзистор выходного каскада схемы регулятора температуры. Причем нагрев осуществляется через тонкую третью печатную плату 11, что дополнительно обеспечивает более равномерный нагрев основания теплораспределяющей камеры и уменьшение на нее влияния температуры окружающей среды. Внешняя температура окружающей среды обеспечивает минимальное воздействие на теплораспределяющую камеру 5 за счет того, что она не имеет непосредственного теплового контакта с наружным корпусом 1 и основанием 2, а пространство между внешней поверхностью теплораспределяющей камеры 5 и внутренней поверхностью наружного корпуса 1 заполнено материалом с низкой теплопроводностью 16. Технологически осуществить такую конструкцию оказалось возможным только за счет того, что основание теплораспределяющей камеры 5, на котором была размещена третья печатная плата 11, расположено сверху, а ее крышка 7, размещенная снизу, закреплена на теплоизоляционной прокладке 15. При этом для обеспечения электрических контактов между платами необходимо было выполнить длину второй печатной платы больше длины основания теплораспределяющей камеры 5, а высоту одной из боковых граней меньше высоты трех других боковых граней этой камеры. Дополнительно уменьшение влияния внешней температуры на теплораспределяюшую камеру 5 и, следовательно, на пьезоэлемент обеспечивается за счет размещения в пространстве между внешней поверхностью теплораспределяющей камеры 5 и внутренней поверхностью наружного корпуса 1 материала с низкой теплопроводностью 16.The technical result is the expansion of the temperature range while maintaining high frequency stability and ensuring minimum weight and size characteristics is achieved by ensuring a uniform temperature field over the entire area of the piezoelectric plate with changing ambient temperature, since the upper surface of the base of the
При испытаниях кварцевого генератора с резонатором SC - среза были получены следующие результаты.When testing a quartz oscillator with an SC - cut resonator, the following results were obtained.
Температурная стабильность частотыFrequency Temperature Stability
в интервале температур (-40 ÷ +80)°С составляла ±2,3·10-9;in the temperature range (-40 ÷ +80) ° С it was ± 2.3 · 10 -9 ;
в интервале температур (-10 ÷ +70)°С составляла ±1·10-9.in the temperature range (-10 ÷ +70) ° C was ± 1 · 10 -9 .
Габаритные размеры 34×25,5×19 мм. Объем составил 16,5 см2, что значительно меньше по сравнению с объемом прототипа 26,1 см2.Overall dimensions 34 × 25.5 × 19 mm. The volume was 16.5 cm 2 , which is significantly less compared to the prototype volume of 26.1 cm 2 .
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент РФ №2122278, МПК Н03В 5/32, 5/36, 1997.1. RF patent №2122278, IPC Н03В 5/32, 5/36, 1997.
2. Патент РФ №2207704, МПК Н03Н 5/32, 2001.2. RF patent No. 2207704, IPC Н03Н 5/32, 2001.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006112700/09A RU2310974C1 (en) | 2006-04-18 | 2006-04-18 | Thermostatted piezo-electric generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006112700/09A RU2310974C1 (en) | 2006-04-18 | 2006-04-18 | Thermostatted piezo-electric generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2310974C1 true RU2310974C1 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38959575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006112700/09A RU2310974C1 (en) | 2006-04-18 | 2006-04-18 | Thermostatted piezo-electric generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310974C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503122C1 (en) * | 2012-11-16 | 2013-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Thermostatted quartz generator |
-
2006
- 2006-04-18 RU RU2006112700/09A patent/RU2310974C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2503122C1 (en) * | 2012-11-16 | 2013-12-27 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Алмаз-Фазотрон" | Thermostatted quartz generator |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7310024B2 (en) | High stability double oven crystal oscillator | |
JP6118091B2 (en) | Oscillator | |
ATE534191T1 (en) | OSCILLATOR DEVICE COMPRISING A HEAT CONTROLLED PIEZOELETRIC QUARTZ | |
US5180942A (en) | Thermally isolated ovenized crystal oscillator | |
EP2109222A2 (en) | Oscillator with a low power consumption | |
JP2011091702A (en) | Piezoelectric oscillator, and frequency control method of the same | |
RU2310974C1 (en) | Thermostatted piezo-electric generator | |
JP2009284372A (en) | Constant temperature structure of crystal unit | |
Hsieh et al. | Highly stable miniaturized OCXO with heater-embedded ceramic package | |
RU2323517C1 (en) | Temperature-controlled piezoelectric oscillator | |
JP5970275B2 (en) | High stability oscillator | |
RU167515U1 (en) | QUARTZ RESONATOR-THERMOSTAT | |
RU198436U1 (en) | Quartz resonator thermostat | |
JP2003224422A (en) | Piezoelectric vibrator with function of retaining temperature and piezoelectric oscillator with the same function | |
RU193491U1 (en) | Generator | |
RU2503122C1 (en) | Thermostatted quartz generator | |
RU132933U1 (en) | THERMOSTATED QUARTZ GENERATOR | |
RU123218U1 (en) | QUARTZ RESONATOR-THERMOSTAT | |
RU2207704C2 (en) | Temperature-controlled crystal oscillator | |
CN206135824U (en) | Two thermotank oven controlled crystal oscillator of little volume | |
JP2022034972A (en) | Oven controlled crystal oscillator | |
JP5362344B2 (en) | Multi-stage constant temperature crystal oscillator | |
RU198435U1 (en) | Quartz resonator thermostat | |
RU127550U1 (en) | DESIGN OF THE THERMOSTATED PIEZOELECTRIC GENERATOR | |
RU2726170C1 (en) | Generator with dynamic heating of saw resonator thermostat |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080419 |