[发明专利]恒温晶体振荡器

说明书

技术领域

本发明涉及恒温晶体振荡器(OCXO，oven-controlled crystal oscillator)，所述恒温晶体振荡器配备有：晶体单元或晶体元件；恒温炉，所述恒温炉包含晶体单元，并且保持晶体单元的温度恒定；以及振荡器电路，所述振荡器电路使用所述晶体单元。

背景技术

当将晶体振荡器安装到电路板等上并且利用电源电压外部供电时，合并了石英晶体单元作为集成(integral)部件和振荡器电路的晶体振荡器使用晶体单元简单地输出精确预定频率的振荡信号。因此，晶体振荡器广泛地用作各种电子器件中的频率或时间基准源。

晶体单元的振动频率具有高稳定性，但是由于石英固有的频率-温度特性，振动频率随温度略微变化。为了解决这一问题，恒温晶体振荡器可用作输出特别精确的振荡频率的晶体振荡器，其中恒温晶体振荡器包括在恒温炉或恒温水浴中包含的晶体单元或晶体元件，恒温炉或恒温水浴适用于保持晶体单元的温度恒定。通常，恒温炉配置用于由电加热器加热。通过在恒温炉中安装的温度传感器来检测恒温炉中的温度，并且将检测结果反馈给加热器的驱动电路，以保持恒温炉中的温度恒定。如果基于晶体单元的频率-温度特性将恒温炉的温度设置为使得由于温度变化导致的频率变化最小，即使恒温炉的温度在环境温度的影响下微小变化，也保持恒温晶体振荡器的振荡频率保持最稳定。例如，晶体单元的振动频率作为温度的二次函数或三次函数变化，尽管这依赖于从石英晶体切割晶体单元的晶体坯(即振动片)的朝向。因此，振动频率不会随着函数曲线顶点处温度周围的微小温度变化而变化。这导致了零温度系数。因此，将这种温度称作零温度系数(ZTC)点。利用恒温晶体振荡器，通常将恒温炉的温度设置在晶体单元的ZTC点。

图1是示出了根据现有技术的恒温晶体振荡器的结构的电路图。

恒温炉10收纳了晶体单元X和热敏电阻器Th，热敏电阻器适用于检测加热炉10中的温度。恒温炉10设计用于由电加热器H加热，电加热器H的一端与电源端子11相连，另一端与用于驱动的功率晶体管15的集电极相连。将晶体管15的发射极接地。利用所示的晶体振荡器，将加热器H安装在恒温炉10中。晶体单元X与使用晶体单元X的振荡器电路13电连接，并且从振荡器电路13到输出端子14输出振荡信号。这里，将振荡器电路13安装到恒温炉10外部，但是也可以将其安装到恒温炉10内。将电源电压Vcc1外部地提供给电源端子11，但是安装稳定的电源电路12以根据电源电压Vcc1产生更加稳定的电源电压Vcc2。利用电源电压Vcc2向振荡器电路13供电。

使用具有非线性负电阻温度特性的热敏电阻器Th。负电阻温度特性是具有负的电阻温度系数的电阻温度特性。为了通过反馈由热敏电阻器Th产生的检测结果来驱动加热器H，安装电阻器R1至R3和差分放大器16，并且将来自差分放大器的输出与功率晶体管15的基极相连。热敏电阻器Th的一端与电源电压Vcc2相连，另一端与差分放大器16的反相输入端(-)相连。将电阻器R1安装在反相输入端(-)和接地点之间。将电阻器R2安装在差分放大器16的非反相输入端(+)和电源电压Vcc2之间，而将电阻器R3安装在非反相输入端(+)和接地点之间。因此，热敏电阻器Th、电阻器R1至R3、差分放大器16和功率晶体管15构成了恒温炉10的温控电路。除了热敏电阻器Th之外，将构成温控电路的元件安装在恒温炉10外部，并且受到环境温度的影响。

利用这种结构，如果设置电阻器R1至R3，使得晶体单元X的ZTC点处的热敏电阻器Th的电阻值和电阻器R1之间的比率与电阻器R2和电阻器R3之间的比率一致，差分放大器16控制晶体管15，以便当恒温炉10中的温度增加时减小晶体管15的集电极电流、进而热敏电阻器Th的电阻值减小，以及当恒温炉10中的温度下降时相反地增加集电极电流、进而热敏电阻器Th的电阻值增加。因为晶体管15的集电极电流流过加热器H，最终控制加热器电流，使得将恒温炉10中的温度保持在ZTC点。