Sposób regulacji temperatury wibratora rezonatora kwarcowego

RZECZPOSPO LITA
P O LSK A
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)184280
(13) B1
( 21 ) Numer zgłoszenia:
324098
(51) IntCl7
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(22) Data zgłoszenia:
H03H 9/08
G05D 23/00
29.12.1997
(5
)Sposób regulacji temperatury wibratora rezonatora kwarcowego
4
(43)
Zgłoszenie ogłoszono:
(73)
Instytut Tele i Radiotechniczny,
Warszawa, PL
05.07.1999 BUP 14/99
(45)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
30.09.2002 WUP 09/02
PL
184280
B1
(57)
Uprawniony z patentu:
(72)
Twórcy wynalazku:
Krzysztof Weiss, Warszawa, PL
Andrzej Smolarski, Warszawa, PL
Wiesław Szulc, Warszawa, PL
Sposób regulacji temperatury wibratora
rezonatora kwarcowego wyposażonego w grzejnik o dużym współczynniku temperaturowym
wykonany ze złota lub srebra umieszczony na
płytce wibratora, w którym grzejnik zasila się z
zasilacza prądowego sterowanego napięciowo,
przy czym napięcie sterujące formuje się przez
spadek napięcia na grzejniku pod wpływem
prądu przez niego płynącego, znamienny tym,
że formuje się charakterystykę napięciowo-prądową
zasilacza tak, aby przecinała charakterystyki
napięciowo-prądowe grzejnika wibratora z nachyleniem większym niż nachylenie tych charakterystyk.
Fig. 5
Sposób regulacji temperatury wibratora rezonatora
kwarcowego
Zastrzeżenie
patentowe
Sposób regulacji temperatury wibratora rezonatora kwarcowego wyposażonego w grzejnik o dużym współczynniku temperaturowym wykonany ze złota lub srebra umieszczony na
płytce wibratora, w którym grzejnik zasila się z zasilacza prądowego sterowanego napięciowo,
przy czym napięcie sterujące formuje się przez spadek napięcia na grzejniku pod wpływem prądu
przez niego płynącego, znam ienny tym , że formuje się charakterystykę napięciowo-prądową
zasilacza tak, aby przecinała charakterystyki napięciowo-prądowe grzejnika wibratora z nachyleniem większym niż nachylenie tych charakterystyk.
* * *
Wynalazek dotyczy sposobu regulacji temperatury wibratora rezonatora kwarcowego z grzej nikiem umieszczonym na płytce kwarcowej.
W wysokostabilnych generatorach kwarcowych rezonator kwarcowy jest podgrzewany do
temperatury, przy której charakterystyka częstotliwości rezonatora kwarcowego w najmniejszym stopniu zależy od temperatury czyli w pobliżu punktu extremum charakterystyki.
Dla utrzymania stałej temperatury rezonatora kwarcowego niezbędne jest jego podgrzewanie i kontrola temperatury rezonatora. Zwykle rezonator umieszcza się w termostacie z grzaniem
elektrycznym i pomiarem temperatury panującej w termostacie za pom ocą czujników półprzewodnikowych termistorowych lub rezystancyjnych czujników platynowych.
Znane są również rozwiązania, w których grzejnik umieszcza się wewnątrz obudowy
rezonatora, w tym również na płytce wibratora kwarcowego. Grzejnik umieszczony na płytce wibratora zwykle wykonany jest w postaci warstwy rezystywnej z kompozycj i chromowo-niklowej
o bardzo małych zmianach rezystancji w funkcji temperatury. Pomiar temperatury wibratora
kwarcowego wykonuje się za pom ocą czujników termistorowych umieszczonych wewnątrz
obudowy rezonatora bezpośrednio na płytce wibratora lub za pom ocą czujników termistorowych
umieszczonych na zewnątrz obudowy rezonatora. Umieszczenie termistora wewnątrz obudowy
rezonatora wymaga stosowania specjalnej obudowy z dodatkowymi przepustami, przez które
można wyprowadzić sygnał z wibratora, rezystora grzejnego i termistora z sześcioma wyprowadzeniami. Standardowe obudowy rezonatorów wysokostabilnych posiadają zwykle cztery wyprowadzenia.
W opisie wynalazku 182 092 w rezonatorze z grzejnikiem umieszczonym na płytce wibratora, grzejnik wykonany jest z tego samego metalu co elektrody wibratora kwarcowego. Zazwyczaj na elektrody stosuje się złoto lub srebro. Obydwa te metale posiadają temperaturowy
współczynnik rezystancji zbliżony do współczynnika temperaturowego platyny. Prąd płynący
przez grzejnik zależy od rezystancji i napięcia zasilającego zgodnie z prawem Ohma. Zależność
tę przedstawiono na fig. 1. Do zasilania grzejnika rezonatora można zastosować zasilacz prądowy,
którego prąd sterowany jest napięciowo a zależność prądu od napięcia jest nieliniowa i posiada
charakterystykę przedstawioną na fig. 2. Układ zasilacza rezystora grzejnego pracuje stabilnie,
kiedy prąd płynący z zasilacza odpowiada wartości wynikającej z charakterystyki przedstawionej na fig. 1. D la różnych wartości rezystancji grzejnika wielkość prądu płynącego przez rezystor, czyli również moc wydzielana na rezystorze zależy od tej rezystancji, a przez to zgodnie
z zależnością przedstawioną na fig. 3 od temperatury grzejnika.
Istotą wynalazku jest wykorzystanie zmiany rezystancji grzejnika umieszczonego na
płytce wibratora kwarcowego do regulacji temperatury płytki wibratora. Uzyskuje się to przez
zasilanie grzejnika prądem z zasilacza prądowego sterowanego napięciowo, którego charaktery-
184 280
3
stykę napięciowo-prądowąformuje się tak, aby przecinała charakterystyki napięciowo-prądowe
grzejnika wibratora z nachyleniem większym niż nachylenie tych charakterystyk. Napięcie sterujące zasilacz uzyskuje się przez spadek napięcia na grzejniku pod wpływem prądu przez niego
płynącego.
Wynalazek przedstawiono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zależność prądu od napięcia na grzejniku dla różnych temperatur, fig.2 przedstawia charakterystykę prądowo-napięciową zasilacza, fig. 3 przedstawia zależność rezystancji grzejnika od
temperatury, fig.4 przedstawia schemat połączeń elektrycznych układu regulacyjnego, a fig. 5
przedstawia charakterystykę zależności prądu od napięcia dla tego układu oraz zależność prądu
od napięcia na grzejniku dla różnych temperatur.
Prąd I płynący przez grzejnik umieszczony na wibratorze 1 powoduje spadek napięcia na
grzejniku U. Napięcie U kierowane na wejście zasilacza prądowego regulowanego 2 wymusza
prąd płynący przez zasilacz według charakterystyki przedstawionej na fig. 2. Pierw sza część
charakterystyki 1 ma nachylenie wynikające z zależności:
gdzie β - współczynnik przetwarzania.
Druga cześć charakterystyki 2 ma nachylenie wynikające z zależności:
I = β(U - U z),
gdzie Uz - napięcie progowe diody.
U kład zasilan ia w spółpracuje z rezonatorem z g rzejn ik iem w ykonanym ze złota
o rezystancji 50 Ω (w tem p eratu rze 20°C ) i tem peraturow ym w sp ó łczy n n ik u rezy stan cji
y = 0,0034 1/ºC. Zależność prądu od napięcia dla tego grzejnika przedstaw iono na fig. 5. Punkty przecięcia charakterystyk 3 z charakterystyką 2 określają warunki stabilnej pracy układu.
Każdej temperaturze grzejnika odpowiada określona wartość prądu i napięcia grzejnika, czyli
wartość mocy wydzielonej na grzejniku. Przez dobór wartości Uz diody oraz rezystancji rezystorów, a przez to nachylenie charakterystyki napięciowo-prądowej zasilacza ustala się optymalne warunki pracy układu, to je st takie, przy których następuje ustalenie temperatury
rezonatora, a moc dostarczana jest równa mocy traconej przez rezonator do otoczenia.
184 280
184 280
Fig.4
Fig.5
184 280
Fig1
Fig.2
F ig .3
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.
Cena 2,00 zł.