SU1046900A1 - Термокомпенсированный кварцевый генератор ударного возбуждени - Google Patents

Abstract

ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР УДАРНОГО ВОЗБУЖДЕ . НИЯ, содержащий последовательно соединенные мультивибратор, полосрвой кварцевый фильтр, элемент с регулируемой реактивностью и резонансный усилитель, выход которого соединен с входом мультивибратора, отличающийс  тем, что, с целью повииени  температурной стабильности частоты, между выходом полосового кварцевого фильтра и управл ющим входом элемента с регулируемой реактивностью введены последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель-формирователь пр моугольных импульсов, счетчик импульсов, вычитатель , первый регистр, вычислитель компенсирующей функции, накапливающий сумматор, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, между дополнительным выходом мультивибратора и входом синхронизации счетчика импульсов введен делитель частоты, между выходом счетчика импульсов и вторым входом вычитател  введен второй регистр, а входы синхронизации первого и второго регистров , вычитател , вычислител  компенсирующей функции и накапливающего сумматора соединены с соответствующими выходами введенного формировател  хронирук дих импульсов.

Description

Изобретение относитс  к радиотехнике и может использоватьс  в качестве источника высокостабильных колебаний, например в синтезаторах стабильных частот передатчико приемников, прецизионных частотноизмерительных , комплексах.

Известен кварцевый генератор, содержащий первую активную часть, уножитель частоты, фильтр высокой частоты цепи механической гармоники смеситель, фильтр нижних частот, частотный дискриминатор, функцио . нальный преобразователь и элемент управлени  частотой, вторую активную часть, подключенную через фильт высокой частоты цепи основной частоты к другому входу смесител , при этом кварцевый резонатор между первой и второй активными част ми, а также реверсивный счетчик, запомингищее устройство, цифроаналоговый преобразователь , выход которого подключен к другому входу элемента . управлени  частотой, блок синхронизации , формирователь временных интервсшов , первый и второй ключи, в котором повышение температурной стабильности частоты производитс  за счет использовани  кварцевого резонатора в многомодовом режиме, причем роль датчика температуры выполн ет одна из мод колебаний генератора 1 .

Недостатком  вл етс  то, что наличие двух нелинейных элементов и элетромеханической св зи между .модами колебаний в пьезОэлементе приводит к значительным паразитным частотной и фазовой модул ци м и невозможности практического разделени  мод колебаний лучше, чем на 40 дБ, хот  уровень старени  датчика темпера туры и величина шумов схемы управлени  находитс  на приемлемом

уровне.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  термокомпенсированный кварцевый генератор ударного возбуждени , содержащий последовательно соединенные мультивибратор, полосовой кварцевый .фильтр, элемент с регулируемой реактивностью и резонансный усилитель, выход которого соединен с входом мультивибратора.

В этом термокомпенсированном кварцевом генераторе ударного возбуждени , который размещен в термостате, достигаетс  высока  стабильность частоты при изменении питающих напр жений . Минимизаци  паразитных частотной и фазЬвой модул ции, а также кратковременной нестабильности частоты обеспечиваетс  за счет нагрузки кварцевого резонатора полосового кварцевого фильтра на малые сопротивлени  в цепи обратной св зи

Однако его предельную температурную стабильность частоты будет определ ть температурно-динамический коэффициент частоты (ТДКЧ,) кварцевого резонатора, динамический коэфициент частоты и температурно-динамические характеристики прецизионных кварцевых резонаторов. В тако термокомпенсированном кварцевом генераторе возможно улучшение метрологических характеристик генерируемого сигнала, если будет использован дополнительный контур введени  поправок на частоту при возникновении температурных воздействий на кварцевый резонатор. Точность введени  поправки зависит от быстродействи  его работы. Это можно выполнить лишь цифровыми методами. Датчик, регистрирующий отклик кварцевого резонатора на воздействие температуры , должен иметь высокую чувствительность и посто нную времени, равную посто нной времени пьезоэлемент резонатора. Ударное возбуждение квацевого резонатора и локальный захват пьезоэлементом энергии возбуждащих импульсов с последующим выделением одной из частот, выполн ющей роль температурного датчика, обеспечивают идеал.ьную разв зку основного и температурного колебаний генератора , т.е. в этом случае не наблюдаетс  нелинейного взаимодействи  мод колебаний.

Использование температурной мода колебаний в качестве датчика температуры контура управлени  подогреJBOM термостата вновь приводит к вли нию ТДКЧ, т.к. термокамера обладает посто нной времени, отличной от посто нной времени кварцевого резонатораf2J.

Недостатком известного термокомпенсированного кварцевого генератора ударного возбуждени   вл етс  недостаточно высока  температурна  стабильность частоты.

Цель изобретени  - повышение температурной стабильности частоты.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в термокомпенсированном кварцевом генераторе ударного- возбуждени  , содержащем последовательно соединенные мультивибратор, полосовой кварцевый фильтр, элемент с регулируемой реактивностью и резонансный усилитель, выход которого соединен с входом мультивибратора, между выходом полосового кварцевого фильтра у( управл ющим входом элемента с регулируемой реактивностью введены последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель-формирователь пр моугольных импульсов, счетчик импульсов, вычитатель, первый регистр, вычислитель компенсируюпдай функции, накапливающий сумматор , цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, между дополнительным выходом мультивибратора и входом синхронизации счетчика импульсов введен делитель частоты , между выходом счетчика импульсов и вторым входом нычитател  введен второй регистр, а входы синхронизации первого и второго регистров вычитател , вычислител  компенсирующей функции и накапливающего сумматора соединены с соответствующими выходами введенного формировател  хронирующих импульсов.

На фиг. 1 представлена структурна  электрическа  схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - аппроксимирующий р д температурно-частотных характеристик ( ТЧХ кварцевых резонаторов; на фиг. 3 - алгоритм работы вычислител  компенсирующей функции.

Устройство содержит мультивибратор 1, полосовой кварцевый фильтр (ПКФ 2, элемент 3 с регулируемой реактивностью, резонансный усилитель 4, полосовой фильтр 5, усилитель-формирователь 6 пр моугольных импульсов, делитель 7 частоты, счетчик 8 импульсов, вычитатель 9, второй регистр 10, первый регистр 1 вычислитель 12 компенсирующей функ ции накапливающий сумматор -13, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, формирователь 15 хронирующих им пульсов, фильтр 16 нижних частот.

Устройство работает следующим образом.

Сформированна  на первом выходе мультивибратора 1 последовательност пр моугольных импульсов ударно возбуждает в ПКФ 2 свободные колебани  температурной и стабилизируемой частот. Частота стабилизируемых колебаний, будучи усиленной резонансным усилителем 4, поступает по цепи синхронизации на один из входов мультивибратора 1, тем самым синхронизиру  последовательность ударных импульсов. После чего наступает установившийс  режим генерировани  стабилизируемой частоты.

Отклик температурно-зависимой моды колебаний на выходе ПКФ 2 выдел етс  полосовым фильтром 5 и сфомированный в последовательность пр моугольных импульсов усилителемформирователем б, поступает на счетный вход счетчика 8 импульсов. На управл ющий вход счетчика 8 импульсов поступают импульсы разрешени  счета с выхода делител  7 частоты, на вход которого поступают импульсы со дторого выхода мультивибратора 1. Длительность импульсов синхронизации делител  7 частоты определ етс  необходимой точностью измерени  температуры ПКФ 2. С выхода счетчика 8 импульсов цифровой код температуры ПКФ 2 поступает на первый вход вычитател  9,На второй

вход вычитател  9 поступает Цифровой код температуры точки перегиба температурно-частотной характеристики (ТЧХ) (ПКФ)2, предварительно записанного во второй регистр 10. В результате вычитани  на выходе вычигател  9 по вл етс  значение приращени  температуры ПКФ 2 относительно температуры точки перегиба его ТЧХ с соответствующим знаком. Работа с приращением температуры, а

0 не с ее абсолютным значением, позвол ет значительно сократить разр дность вычислител  12 компенсирующей функции, а следовательно, врем , вычислений и повысить их точность.

5

Код приращени  температуры с выхода вычитател  9 записываетс  в первый регистр 11, одновременно с этим во второй регистр 10 записываетс  код температуры, наход щий0 с  в счетчике 8 импульсов. Содержимое первого регистра 11  вл етс  аргументом компенсирующей функции, вычисл емой вычислителем 12 компенсирующей функции.

5

Алгоритм вычислений определ етс  из следующих соображений.

Известно, что ТЧХ кварцевых резонаторов АТ-среза в интервале температур между экстремумами аппроксимируетс  степенным р дом

0 I

--cioe V-ToHCoeUrTo), , о .11;

где (,- нестабильность частоты от5 носительно стабилизируемой частоты fp }

ое, Ср

температурные коэффициентыj т - текуща  температура-, TO - температура точки перегиба ТЧХ кварцевого резона0 тора .

За пределами указанного диапазона температур аппроксимации при помощи р да (1) невозможна, так как он за пределами температур экстремумов

5 ТЧХ  вл етс  незнакопеременным.

Более приемлемый аппроксимирующий р д дл  широкого диапазона температур имеет вид функцису1альной зависимости

0

iU))

(2)

.Эта функци   вл етс  знакопеременной в области определени  аргумента от -1 до +1 имеет вид, показанный на фиг, 2.

При помощи функциональной зависимости (2) можно получить достаточно точную аппроксимацию ТЧХ кварце-, вых резонаторов АТ-среза, а следовательно , и компенсирующую функцию в широком диапазоне температур. При этом в цел х обеспечени  лучшей сходимости экспериментальной и расчетной характеристик можно использовать математические приены, такие как нормализаци  реального диапазона температур к области определени  функции ( 2), расширение реально го диапазона температур при неизменной области определени  функции, Дл  определени  коэффициентов и h производ тс  два контроль ных измерени  частоты кварцевого ре зонатора ПКФ 2 при температурах, соответствующих линейному участку ТЧХ. При этом .WlC)(,У,), (,Х,,) 3) . гдеЛ51, отклонение частоты квар цевого резонатора от частоты io соответственно , при температурах измерени  Т и Т С; X.Xj- нормализованные значени  температур Т и f определ емые выражением Г(Т,-То)с1, где d - коэффициент нормализаци Температура точки перегиба опр дел етс  решением уравнени  (.1) носительно TO . Значение (ii/f epeTC из проведенных измерений контроль ных частот. Коэффициент находитс  из выр жени : ЬОТ-UTO где Ь - коэффициент, определ емы точностью измерени  темп ратуры-, Т - минимальна  температура диапазона компенсации, Т - максимальна  температура диапазона компенсации. После определени  температуры точки перегиба ТЧХ кварцевого рез натора ПКФ,2, наход т нормализова ные значени  температур х и х. лее решаетс  система (.31 относительно коэффициентов гп и У . Формулы дл  определени  км и vi имеют вид l о ii., ТГ Ч - Ч 21 . f- 1 Так как в качестве аргумента функции ( 2 ) используетс  приращение температуры, то формула 4 будет иметь вид b)ti--uT oL- i7o--uT oi-c, где С difoЕсли в запоминающее устройство вычислител  компенсирующей функции 12 записать коэффициенты ht m / DC и С, то один из вариантов алгоритма работы вычислител  компенсирующей функции 12 при вычислении функции (2) представлен на фиг. 3. После окончани  вычислений функции 2 дл  данного изменени  температуры , результаты вычислений суммируютс  с содержимым накапливающего сумматора 13. Количество разр дов накапливающего сумматора 13 N определ етс  точностью измерени  темтемпературы fb и значени ми максимального отклонени  частоты от fj. Они наход тс  из выражени : M-eo,jA-€og2|i, , ,,ц- соответствуют экстремальным значени м частоты ТЧХ кварцевого резонатора. Содержимое накапливающего сумматора 13 поступает на вход ЦАП 14, на выходе которого включен фильтр 16 нижних частот. С выхода ФНЧ 16, компенсирующий сигнал поступает на управл ющий вход элемента с регулируемой реактивностью 3, ( например , варикапа). Формирователь 15 хронируквдих импульсов предназначен дл  формировани  сигналов управлени  всеми этапами вычислени  компеноирующей функции. Таким образом, реализаци  термокомпенсации кварцевого генератора ударного возбуждени  по указанному принципу использовани  в качестве датчика температуры отклика кварцевого резонатора на температурной моде при его ударном возбуждении, дает возможность обеспечить высокие методологические характеристики генерируемых колебаний стабилизируемой частоты без применени  прецизионных термостатируемых устройств,  вл ю- гщих собой непреодолимый барьер по минимизации ТДКЧ в такого класса . генераторах.

(и.п«

т

LuTlfJ

п

.

Начало

Ввов данных , п, т, TO, и7i

« 4Т оС

I AI iu l-vcTo

fl(AXi)AXf

.

)--fl(Ml)

fl(X)--mfl(AXi)

( Останов. j

Claims (1)

1. ТЕРМОКОМПЕНСИРОВАННЫЙ КВАРЦЕВЫЙ ГЕНЕРАТОР УДАРНОГО ВОЗБУЖДЕ- . НИЯ, содержащий последовательно соединенные мультивибратор, полосрвой кварцевый фильтр, элемент с регулируемой реактивностью и резонансный усилитель, выход которого соединен с входом мультивибратора, отличающийся тем, что, с целью повышения температурной стабильности частоты, между выходом полосового кварцевого фильтра и управляющим входом элемента с регулируемой реактивностью введены последовательно соединенные полосовой фильтр, усилитель-формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, вычитатель, первый регистр, вычислитель компенсирующей функций, накапливающий сумматор, цифроаналоговый преобразователь й фильтр нижних частот, между дополнительным выходом мультивибратора и входом синхронизации счетчика импульсов введен делитель частоты, между выходом счетчика импульсов и вторым входом вычитателя введен второй регистр, а входы синхронизации первого и второго регистров, вычитателя, вычислителя компенсирующей функции и накапливаю щего сумматора соединены с соответствующими выходами введенного формирователя хронирукяаих импульсов.

   SU <„ 1