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温补晶振的补偿原理及其正确的使用探究
来源:欧宝体育手机版app官网    发布时间:2023-08-29 06:45:04
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  模拟温度补偿法主要是通过对石英晶体谐振器器件采用模拟温度补偿的方式,利用石英晶体谐振器负载电抗随温度的变化而补偿石英晶体谐振器元件的频率——温度特性,以达到减少其频率——温度偏移的一种方法,下图1为温度补偿晶体振荡器的基本组成:

  由图1我们大家可以看到在石英晶体谐振器器件内部,当温度敏感元件将石英晶体谐振器器件周围所感知到的温度转换为控制电压UK,控制电压UK通过变容管将其输给晶体谐振器,最终转换为晶体频率f从而输出。

  热பைடு நூலகம்网络补偿晶振主要可以分为电压微调中心频率和机械微调中心频率两种。

  在热敏网络补偿晶振中的电压微调中心频率,主要是通过内置负载电容以及电容计等方法,使得外接负载电容给热敏网络提供正电压,例如,设置热敏网络补偿晶振中的放大器为A,则A可以和选频网络共同构成选频放大器,进而通过在计算机的控制下,对电压微调中心的频率进行自动化的调节,并将选频放大器、电阻等共同组成的正反馈网络整体构成一个振荡器,利用振荡器所被测石英晶体的谐振频率传递进入计算机中,进而起到调整中心频率的作用[2]。

  摘要由于石英晶体谐振器具有频率稳定度以及成本低等各种优势,现如今,石英晶体谐振器已经成为全世界电子、计算机以及通信等行业中广泛使用的一种基础性器件,但由于石英晶体谐振器会受到周围温度等多方面所造成的干扰和影响,因而通过对温补晶振的补偿原理的探究和正确的使用补偿原理,可以使温补晶振的指标大幅度提高,并对石英晶体谐振器更加有效的工作有着积极的促进作用。

  模拟数字补偿法主要是对过去传统的数字补偿法的一种改进和完善,虽然模拟数字补偿法能够使温度传感器尽可能地和实际当中的石英晶体传感器极其接近,但在石英晶体谐振器中使用模拟数字补偿法,却有着能耗大等特点,因而作为一种全新的补偿方法,模拟数字补偿法却并不常投入使用。

  我们能够正常的看到在模拟数字补偿法当中,主要是通过将基频略低于标称频率的AT切石英谐振器焊在电压控制温补晶体振荡器的印制电路板上,将所得出的各项数据输入到计算表当中,之后将计算所得出的最终参数写入到电压控制温补晶体振荡器的IC中,这个时候,石英振荡器的频率会在零下三十摄氏度至八十五摄氏度之间的稳定温度下,达到±2ppm。之后在±2ppm的基础上对石英振荡器进行二次模拟数字补偿,使其在零下四十摄氏度至八十五摄氏度之间,石英振荡器的频率会在该稳定的温度下达到±0.3ppm。

  由于石英晶体谐振器具有频率稳定度以及成本低等各种优势,现如今,石英晶体谐振器已经成为航空航天、通信、导航等各种高精尖领域内的一种基础性器件,并且随着国内外科学技术的不断快速发展,对石英晶体谐振器也开始逐步进入到越来越微型,越来精准的高需求当中,而面对着这种挑战,这时候就需要通过对石英晶体谐振器进行有效和正确的补偿方法,从而实现石英晶体谐振器未来更好的发展和更有效的投入使用。

  由于石英晶体谐振器具有压电效应,因而在温补晶振中也常用到电容补偿法,通过对石英晶体谐振器外加交变电场,从而使石英晶体谐振器产生机械性的振动,在温补晶振中的电容补偿法,实际上是将石英晶体等效为由电阻R、电感L以及电容C所组成的RLC串联电路结构,在这种串联谐振状态下,当石英晶体的谐振频率不高时,在谐振频率附近电阻和电感的电抗值比电容的容抗要低得多,这时候电容会在一定程度上影响负载谐振参数的测量的精度,但只要线路的设计合理,分布参数对石英晶体的谐振频率和电阻测量的影响是可以接受的。通过在温补晶振中使用电容补偿法,可以使石英晶体谐振器成为一种具有数字式的输出,并且能够直接和计算机进行接口的一种测控系统的敏感元件,可以说,电容补偿法使得石英晶体谐振器在全世界测控应用领域内都具有极其重要的地位[1]。

  石英晶体谐振器(quatrz oscillator)又简称为晶振,主要是通过采用有压电效应的石英晶体薄片所制作而成的,石英晶体谐振器由于受到外加交变电场的作用,会在一定程度上产生机械性的振动,尤其是当交变电场的频率和石英晶体谐振器内部的固有频率相同或者极其相似的时候,振动就会变得更加剧烈,正是由于石英晶体这种基片谐振器,拥有着高品质的因数、体积小、重量轻、可靠性高、谐振频率高以及稳定性强等诸多的天然优势,因而,通过使用石英晶体代替线圈和电容的谐振回路以及滤波器,现如今已经在国内外被广泛地作为振荡电路中的谐振元件而备受青睐。

  温补晶振(Temperature Compensate X’tal(crystal)Oscillator,TCXO),主要是通过对石英晶体谐振器附加一定的温度,从而通过补偿电路使石英晶体谐振器周围的温度发生变化,使得振荡频率变化量削减的一种方法。温度补偿型的石英晶体谐振器一般来说具有精度高等特点。温补晶振的补偿方法较多,一般主要可大致分为模拟温度补偿法、电容器补偿法、热敏网络补偿法、模拟数字补偿法、全数字式补偿法、微机补偿法等。

  由于石英晶体谐振器的谐振频率的稳定性会受到多方面的影响,所以通过机械微调中心频率,可以有效地实现微型可调电容器来调整中心频率的作用,在这种情况下,通过电容器的接入,对电容器的微调以此来实现中心频率微调的效果。但注意的是,由于電容器的动片具有一定的年限,如果过于频繁地去调整电容器的动片,可能就会导致电容器动片的过早老化或者损坏,从而导致石英晶体的中心频率出现偏离的情况,所以,在这种情况下,必须要对电容器的动片进行及时的检查,且尽可能地减少对电容器动片的扭动,增加电容器动片的使用寿命和使用效果。

  过去传统的温补晶振补偿方法,主要是通过采用真空密封、环境恒温以及配对补偿等方式,尽可能地去消除石英晶体谐振器受到周围温度的变化所造成的干扰和影响,但过去这些传统的温补晶振补偿虽然在某些特定的程度上发挥了部分的作用,但却无法从根本上有效的消除石英晶体谐振器内外在诸多因素的干扰。

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