温补晶振的补偿原理及补偿过程：

如图1所示.使用一个热敏网络和一个变容二极管,变容二极管的结电容与其偏压成反比.石英晶体振荡器的负载电容基本上等于变容二极管的结电容.当环境温度改变时,使石英谐振器的频率发生变化(见图2) ,热敏网络同时输出一个随温度变化的电压V 0 , V 0改变变容二极管的结电容,使石英晶体振荡器的频率变化.当热敏网络随温度变化输出的V 0改变变容二极管的结电容,使晶体振荡器的频率变化(曲线b )和由于环境温度变化引起有源晶振的频率变化(曲线a)相反且相等时,两种变化互相抵消得到稳定的频率曲线c,则达到补偿的目的. 从上述补偿原理可得到补偿过程如下:

测试出补偿电压—温度曲线( V -T曲线)：

用电位器代替热敏网络,改变环境温度(温度变化根据需要选取),使温补晶振的频率变化,记下对应温度的频率值.调节电位器,改变加在变容二极管上的偏压,使晶体频率变化到等于标称值,记下对应温度变容二极管上的偏压值,即得到第四象限中所需要的补偿电压—温度( V -T )曲线,这样V -T曲线上的数据就测试出来了.

根据V -T曲线上的数据,计算出热敏网络中各电阻的阻值.

总装后测试温补石英晶振的输出频率随环境温度变化的曲线(即曲线c),就得到补偿精度的结果.

几种常见热敏网络分析

热敏网络输出电压V0的精度主要决定于热敏电阻的精度.热敏电阻使用负温度系数,其阻值随温度变化的关系一般表示为:

从式( 1)可以看出,热敏电阻的阻值与温度成指数关系,B1是表征指数特性的一个常数,可以用某些方法确定式(1)中的参数R0和B1值.

用热敏电阻和固定电阻可组成各种形式的“温度补偿网络”,即热敏网络.补偿精度之高低取决于热敏网络输出电压—温度(V0 -T)曲线和所要求的补偿电压—温度(V-T)曲线的吻合程度.因此,热敏网络的设计是整个补偿过程最关键的一步.根据温度补偿晶振频率稳定度的不同要求,热敏网络也各异,一般频率稳定度愈高,热敏网络愈复杂.

常用的热敏网络有简单型网络、单型网络、双型网络、桥式网络和双臂网络五种型式.图3给出其中三种型式.

图3a是用得最多的一种网络.这种网络只能输出二次曲线形状的电压,因此只能补偿二次曲线形状的晶体频率温度特性.实验表明,该网络从- 20～+ 60℃环温之间,补偿精度可达到±5×10- 7,少数可达到±2×10- 7,但对石英晶体谐振器的切角要求比较严格.

图3c为桥式网络,它同时用两个网络进行补偿,相当于两次补偿,因此补偿精度比简单型网络有明显提高.由实验得知,在- 20～+ 60℃温度范围内,补偿精度可以达到±2×10-7,少数可以达到±1×10-7,并且对二次形状和三次形状的晶体频率温度特性曲线都能补偿,有效地提高了晶体利用率.

双臂网络实际上也是由两个网络同时补偿,其作用和桥式网络相同,但作用的温度范围比桥式网络宽,因而常用在-55~+70℃环温范围内进行补偿.补偿精度大部分优于±2×10-6,-6.

实际设计时,可根据温补振荡器的技术要求,采用上述各种不同的热敏网络.现以简单型网络为例,说明热敏网络电阻分压与温度和各电阻R i的关系.记R 1、R 2( T )、R 3组成的电阻为f 1 ( T ) R 4 ( T )、R 5组成的电阻为f 2 ( T ) ,

则上式表明,当电源电压E一定时,热敏网络输出电压V 0( T )是温度和各电阻Ri的函数.只要热敏电阻B值在一定取值范围,各R i选择适当,V0 (T)就能按需要输出,获得V0随温度变化的(V0-T)曲线和补偿电压—温度(V-T )曲线吻合一致.

对于其它各种形式的热敏网络,可以类似地推导出V0依赖于这些函数形式可用最一般的函数模型抽象地记为V0= f (T, R1, R2,…,Rm)和各参数Ri的函数形式,这里m是任意整数,简单型网络中m =5 V0是各Ri的非线性函数.

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