短时频率热力学加热谐振器

短时频率热力学加热谐振器

石英晶振频率稳定性基本上是取决于温度水晶板,环境温度的变化和电源电压引起的变化效应加热器消耗的功率,其中转向导致热梯度急速变化,这种效果就导致降解温度和OCXO晶振的电源电压频率灵敏度,它的建设与热控制器电路用于准确控制石英晶体温度范围,这是用常规方法加热晶体技术得到的结果.

短期退化问题基于OCXO的稳定性(STS)由于直接加热谐振器(DHR)加热功率的变化,该连接DHR频率的分析模型加热电流和波动的波动环境温度变化,以及DHR属性已获得并且通过实验验证,尺寸和功耗由于采用薄膜,OCXO加热器和热敏电阻直接沉积在晶面,定期或随机变化的加热功率由外部条件或变化引起的热控制器电路中的噪声转换进入DHR频率的波动通过热力学敏感性水晶板,这导致了退化STS和接近载波的相位噪声采用这种方式的OCXO的性能谐振器.

本文的目标是理论上的和影响的实验分析热力学效应对STS的影响DHR,最终将导致发展有效的手段预测和改进,在图1中示意性地示出,它由a组成热敏电桥,放大器和调节石英晶体管控制电流通过加热电阻器沉积在水晶板,DHR结构(图2)包含真空支架内部水晶板与薄膜加热器和热敏电阻布置在其表面上,该热控制器电路可以是部分或完全位于谐振器体积内,有效的隔热保温从环境中加热部分DHR用来减少加热功率消费.

对于所描述的电路,通电加热器处于稳定状态即可表示为:Ps=Ec*Is*Ka*ΔRt*/4R1,(1)其中Ec-热敏电压桥,Ka-放大系数电路,ΔRt-电桥失衡提供稳定的加热电流Is,R1-桥式电阻器的电阻,电力依赖于热控制器参数和环境温度偏差可以作为一个推导(1):dPs=Is2hdEc/Ec+是KaEcαdTc(4R1),(2)其中的α温度系数热敏电阻,dTc-温度热敏电阻的变化,αdTc=dΔRt.从表达式可以看出功率变化取决于石英谐振器热敏电阻温度和输入电压变化,功率变化随着稳态的减少而减少加热电流和放大系数.

输入电压变化是直接成权力波动,如此有效的稳压器应与热敏感一起使用桥接消除电压的影响供应商的DHR频率,温度波动在热敏电阻源于环境温度波动,电气网络模拟温度的变化晶体与环境温度偏差如图3所示,在这个模型中,r1-是电气等价物支架之间的热阻和环境,r2-是等价的压电晶体之间的热阻并且支架c1,c2-是电气的等效的热容量支架和水晶板,U1-模拟环境温度变化dTa(Ω),频率为Ω,U2-模拟晶体的温度变化DTC(Ω).

从模型中可以找到水晶温度变化dTc(Ω)与环境的幅度和频率温度dTa(Ω)变化:DTC(Ω)=DTA(Ω)/√(1+Ω2τ1τ2)2+Ω2(τ1+τ2+τ12)2其中τ1=c1 *r1,τ2=c2*r2,τ12=c1*r2,由于τ1,τ2,τ12>>1,表达式可以是简化:dTc(Ω)≅dTa(Ω)/Ω2τ1τ2,(3)因此从表达式(3)得到石英晶体谐振器温度波动随之下降提高效率保温和增加温度变化的频率.

在(2)中代入表达式(3)允许确定加热功率波动与环境温度变化,热控制器参数和DHR的热性能,下个阶段工作确定频率变化由电力波动引起的水晶板,晶体的一般方程压力引起的频率变化领域,众所周知,温度补偿晶体板中的梯度产生不均匀机械应力场导致通过刚度的变化进行频移系数,由于不均匀振动幅度的分布板产生的频率偏差水晶是两个领域的函数相互作用,定义频移压力场下的水晶让我们看看考虑能量平衡方程板材在厚度剪切模式下振动:Kmax=Pmax.

AT切割晶体和相当大的功率消耗在加热器中,为了OCXO晶振基于AT切割DHR设计与SC切割DHR的结果相同从显着的热力学敏感性,频率波动引起的环境温度偏差和固有的热控制器中的噪声可以是建议:降低功耗.它有效地屏蔽了转移环境的水晶温度变化,结果是加热电流成比例减少波动,温度偏差进入加热功率波动可以减少减少热控制器放大系数,从而降低温度系数.