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皇冠比分几种恒温槽控温电路的分析探究

发布日期: 2020-01-14 08:21
 

  无线.11.20 引用格式:阎玉英,徐国盛.几种恒温槽控温电路的分析探究[J].无线. 几种恒温槽控温电路的分析探究 (中国电子科技集团公司第五十四研究所,河北 石家庄 050081) 针对恒温晶体振荡器(OCXO) 必要的控温电路, 提出了几种恒温槽温度控制电路解决方案, 包括单运放控 制电路直接加热、 电阻加热和双运放控制电路等, 并对它们的原理和特点进行分析和比较, 给出必要的数学计算和分析。 在分析总结这几种控温电路的基础上, 着重探究了双运放控温电路的原理和特点, 总结了双运放控温电路的优缺点, 此搭建了一个热槽状态对电源变化不敏感的控温电路,实现了恒温晶振频率稳定度的提高。 关键词 恒温晶体振荡器; 恒温槽; 温度控制电路; 中图分类号TL362+ 文章编号1003-3106(2014)11-0069-04 Analysis SeveralOven Controlled Circuits YAN Yu⁃ying, XU Guo⁃sheng (The 54th Research Institute CETC,Shijiazhuang Hebei 050081, China) Abstract This paper presents severaloven controlled circuits which OCXO,includingsingle oper⁃ ational controlled circuit directheating,resistor heating dualoperational controlled circuit givesnecessary mathematical calculation. Based aboveanalysis severaloven controlled circuits,it discusses dualoperational amplifier oven controlled circuit,and builds ovencontrolled circuit ovenstatus powersupply variation,which improves frequencystability OCXO.Key words OCXO;oven;temperature control circuit;dual operational amplifier oven control 收稿日期:2014⁃07⁃22 基金项目:国家信息产业部专项基金资助项目(X1145146)。 引言振荡器作为频率发生器件被用于各种电子设备 而OCXO由于具有很高的频率稳定度,被广泛 应用于通信、广播、导航及多种测量仪器中。 频率温 度稳定度是衡量 OCXO 恒温晶振等级的一个重要 指标。 组成晶体振荡器的石英晶体及各半导体元件 都存在温度系数,控温电路和恒温槽的性能直接影 响石英晶振频率稳定度 ,并进一步制约更高指标的实现。 如何搭建恒温槽在许多文献中都有论述, 但都比较单一和片面,因此本文总结了多年来应用 的几种恒温槽电路 的原理和特点,通过理论学习并根据实际经验,概括了它们的优缺点,提出了一个 综合性能相对较好的恒温槽,实现了 OCXO 更高的 频率稳定度。 单运放控制电路本文中,V 为外部电源电压,实际使用中会有10%的变化;V CC 为经过器件内部进一步稳压处理的 基准电压,基本可视为不变。 1.1 单运放反馈、直接推动功率管 控温原理为最基本的热敏电桥感温、运放直流 反馈放大 ,电路图如图1所示。 基本的比例运放反馈控温电路对于图1 电路,首先分析电源电压变化 (在此假定环境温度恒定,仅分析由于电源电压变化而引起的波动)。 电源电压变化必然会导致热槽功率的波动,热槽功 率的波动会导致热槽状态重新调整,感温电阻和槽 温会相应调整,进而引起晶振频率的波动。 专题技术与工程应用 70 2014Radio Engineering Vo1 44 No 11 稳态时, 运放和电桥的供电电源为VCC 变化瞬间,热槽尚未来得及调整,电桥与运放状态暂不受V 变化前电桥恰好处于绝对平衡(桥臂两端压差为0),理想状态下会有输出 率随电源电压以2倍比例变化,较前种接法变化更 布板空间小,有利于器件小型化,符合小型化趋势; 初始上电启动阶段电流不恒定,随槽温的升高、半导体器件结温的升高而增大,需要相对于规格 书要求的额定的最大加热功率留出一定的余量,导 致最大功率利用不充分; 值的离散导致初始电流在一定范围离散,生产中需要对此项进行调整。 1.2 电阻加热 电阻加热方式如图2 所示,加热部件为电阻。 加热部件换为电阻加热将单纯功率管 加热改为电阻加热; 加热电阻的深负反 馈作用大大改善电 流开机特性,但是这 种应用的缺陷之一 是热槽结构中需要 一个或一组封装较 大的贴片功率电阻,不利于小型化;缺陷之二是不同 温度和电流下,三极管和电阻的功率分配会有变化, 由此带来热场分布的变化 ,不利于OCXO 温度稳 定度的提升。 2.1基本工作原理 级运放为积分运算放大电路,可根据需要设置R 的积分时间常数。在理想运放情况下, 控温平衡时,不论环境温度的高低,电桥皆处于绝对 平衡态。 输出电压 01经历“热敏电阻感受到环境 温度变化电桥不平衡两端产生压差电容 产生积分电流V02 相应变化热槽调整完成”,达 到新平衡态,电桥两端的电压差将重新归为零,输出 电压 01也随之稳定在新的电压值上。 在控温稳态 平衡时,电桥桥臂始终保持为零压差,理想情况下控 温反馈的结果是,感温电阻阻值不会随环境温度而 调整,没有零点温飘。 因此,热槽的温度变化和分 布,仅取决于其热场结构 ,一致性较高。这是相 对于比例控温的一大优点。 级运放为比例运算电路,假定运放的虚短虚断原理成立。 gnd即参考 地电位0。 感流电阻R Q1端电位 RL,其两端电 及加热功率P=I RL 10皆设定为100 加热时,电桥处于失衡态,运放1满额输出,可 适当设定V 01max 专题技术与工程应用2014 无线 高温截止时,应有加热电流IRL RL处于满功率加热和 高温截止的中间状态进行分析。 2.2 双运放电路1 分析 下面对图3 进行分析和计算。 加热时,amp1 满额输出,V 01max 此即设定加热电流的参数计算式。从公式可以 可看出电流完全由阻值决定,本质上是通过感流电 上的压降控制电流,相比前面的单运放对三极管基极电流驱动、电流控制模式,此种模式加热启动 阶段电流恒定,不会因为晶体管β 参数离散而离散, 这样可以最大程度的利用指标限定的最大功率,减 少加热时间。 出于R RL越小越好,所以由公式一般取 10(100 kΩ)小一个量级,约等于10 高温截止时,ΔVRLmin 0,所以, 100100+R 因为V01min >0,所以必有 1,因实际V01min 达不到地轨电压0 时,此电路 实际无法达到完全截止状态(I RL 路在应用中需要注意的地方。控温时即当系统处于满功率加热和高温截止的 中间状态,有 上式表明:外部电源电压瞬间变化时,热槽尚来不及跟随,加热功率将随电压变化以2 倍比例同向 变化,然后才慢慢调整回平衡状态。 对于稳定度要 求较高、尤其是对瞬态稳定度要求较高的OCXO,需 要注意此项的影响。 双运放电路2分析 进行分析和计算。加热时,amp1 满额输出,V 01min 比100小一个量级,约等于10。 高温截止时,ΔVRLmin 控温时(依然取系统处于满功率加热和高温截止的中间状态),即 100(1-N)100+R RL=(2-N) (100RL),完全由VCC 和RL决定,I RL 不会 变化。此时有δP/ 0,即热槽加热功率不随电源电压变化而变化,这是种比较理想的状态:外部电源电压瞬间变化 时,加热电流会通过电路反馈、相应的反向同比例跟 随变化,从而保持总的加热功率不随电源波动。 此大大增强了温槽的瞬态稳定性、并大大减小了电源变化时温槽的调整时间。 实际电路的搭建基于上述分析,搭建了实际电路。 使用 AT40M 晶体振荡电路 ,应用单运放和双运放电路控制的恒温槽, 进行 组对比实验,每组 构和保温材料,以对比控温电路的效果。实测结果 如表1 单运放控温电路实测结果编号 电源频率稳定度/ ppb 瞬变过冲/ ppb 短稳(1s 1532 1.7010 -11 1426 1.8210 -11 1634 1.4910 -11 双运放控温电路实测结果编号 电源频率稳定度/ ppb 瞬变过冲/ ppb 短稳(1s 3.25.1 8.2210 -1 2.64.7 7.2510 -1 1.94.3 6.5410 -1 从结果可以看出,单运放控温电路存在10-8 级的电源变化特性,且变化瞬间的频率过冲更加明专题技术与工程应用 72 2014Radio Engineering Vo1 44 No 11 应用双运放控温电路,相关性能得到显著的改善,电源稳定性改善近一个量级,频率过冲大大减 小,短稳特性显著提升。 结束语作为一个专题性的技术研究,在分析总结基本 控温电路及衍生电路的基础上,着重探究了双运放 控温电路的原理和使用,并完成一个实例验证成功。 这些控温方式 [10] 各有优劣,做为一个技术储备,可 以使我们更清楚地了解各种控温电路差异和优劣; 在不同的项目中可以根据具体的应用场合、不同的 指标要求和技术侧重,灵活地选用控温解决方案,最 大程度地适应客户要求。 震.高稳定晶体振荡器[M].北京:国防工业出版 社,1977. 赵声衡.石英晶体振荡器[M].长沙:湖南大学出版社, 1997. 赵声衡.精密恒温槽原理[M].长沙:湖南科学技术出 版社,1991. 抑制PCB 对直流电源噪声干扰的滤 波器设计[J].无线. 一种新型电子设备热设计分析[J].无线. 基于认知无线电抗干扰技术分析[J].无线. UtmostOCXO Solutions Based IHRTechnology IEEEFrequency Control Symposium,2012:215-219. 秦自楷.压电石英晶体[M].北京:国防工业出版社, 1980. [10] LEPETAEV NewMethod Multy⁃Mode Oscillations Control CrystalResonators IEEEFrequency Control Symposium,2012:146-149. 作者简介 女,(1969—),高级工程师。主要研究方向:晶体振 荡器技术。 男,(1984—),工程师。主要研究方向:晶体振荡器 技术。 从仿真结果可以看到,直射径与主反射径的延时在10 -4 量级,并且随着飞机逐渐靠近地面站,延时 逐渐减小;直射径与主反射径的延时差值在10 -6 随着飞机逐渐靠近地面站,延时差值开始缓慢变大,而到末段延时迅速变大,这也是跟发射机与接 收机的相对位置关系相关。 结束语给出了基于射线追踪法的航空多径信道建模与 仿真的方法,并以实际项目为例,对航空多径信道建 模与仿真的方法及过程进行了详细介绍。 仿真结果 真实地反映了航空多径信道情况,从而表明该仿真 方法适用于航空通信系统中多径信道的分析,能够 为航空通信系统的研制提供指导意义。 Satellite⁃aircraftMultipath RangingExperiment Result IEEETrans AeronauticalChannel Characterization IEEETrans Communications,1973,21(5):548-563. 蒋学勤.高频射线追踪法在卫星移动通信系统中的研究[D].云南:云南大学硕士学位论文,2003. 娜.三维环境任意极化波射线追踪法的研究与实现[D].南京:南京邮电大学硕士学位论文,2009. 陶业荣,张义军,裴彬,等.基于射线追踪法的移动通信 信道建模分析[J].无线. 飞行器衰落对散射通信信道影响研究[J].无线. 杨家玮.飞行器通信无线信道研究及仿真[D].西安: 西安电子科技大学硕士学位论文,2008. 地空信道特性探究[J].无线. 安:西安电子科技大学硕士学位论文,2009.[10] 李大为.基于无线移动信道建模与仿真技术探究[J]. 无线] 航空移动卫星通信信道模型及性能研究[C]中国航空学会学术会议,机载、航电专题,2007: 36-54. [12] 高自新,徐文娟.地空信道传输特性与技术分析[J]. 线—),硕士,工程师。主要研究方向:无线信 道仿真与分析和数据链通信系统设计。 专题技术与工程应用

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