CN106559070A - 一种恒温晶体振荡器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种恒温晶体振荡器，解决恒温晶体振荡器温度控制精度不高、控温电路复杂的问题。恒温晶体振荡器包含晶体振荡电路、控温电路、加热电路、偏置电阻、热敏电路，偏置电阻和热敏电路串联构成分压电路，分压电路一端接地，另一端接供电电压，从热敏电阻与偏置电路之间引出温度传感电压，控温电路根据温度传感电压和基准电压的差值控制加热电路，对晶体振荡电路加热，热敏电路包含第一热敏电阻，用于检测晶体振荡电路的温度；以及第二热敏电阻，用于检测外部环境温度。第一热敏电阻与第二热敏电阻串联连接。本发明能够高精度地确保晶体振荡器的工作温度恒定；本发明的恒温晶体振荡器的结构简单，不仅容易调试，而且能够降低成本。

Description

一种恒温晶体振荡器

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种恒温晶体振荡器。

背景技术

石英晶体振荡器具有体积小、频率稳定度高的特点，因此作为基准频率源而广泛应用于通信、移动电话***、全球定位***、导航、遥控、航空航天、以及精密计测仪器等技术领域。

由于石英晶体振荡器的特性(例如频率等)会随温度的变化而变化，因此为使石英晶体振荡器稳定工作，需要使石英晶体振荡器在恒定的温度下工作。利用恒温槽或恒温板保持晶体振荡器内部恒温并进行精密控温，可以实现恒温晶体振荡器。

一般地，在所述恒温槽或恒温板中设置温度检测装置，用于感知温度变化，产生控温电压，对所述晶体振荡器进行加热。但是，随着外部环境温度的变化，其实际工作温度也会变化。现有技术的恒温晶体振荡器存在控温精度不高的问题。为解决上述问题，有的方案提出了多级控温电路或者在单级控温电路基础上追加积分电路，虽然可以提高控温精度，但是，由于电路元件数量的增加和电路的复杂化，不仅成本会提高，设计和调试的难度也随之增加。

发明内容

本发明提出一种恒温晶体振荡器，解决恒温晶体振荡器温度控制精度不高、控温电路复杂的问题。

本申请实施例提供一种恒温晶体振荡器，包含晶体振荡电路、控温电路、加热电路、偏置电阻、热敏电路，所述偏置电阻和所述热敏电路串联构成分压电路，所述分压电路一端接地，另一端接供电电压；从所述热敏电路与所述偏置电阻之间引出温度传感电压，所述控温电路根据所述温度传感电压和基准电压的差值控制所述加热电路，对所述晶体振荡电路加热；所述热敏电路包含第一热敏电阻、第二热敏电阻；所述第一热敏电阻用于检测所述晶体振荡电路的温度；所述第二热敏电阻，用于检测外部环境温度；所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻串联连接。

优选地，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为负温度系数热敏电阻；或者，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为正温度系数热敏电阻。

优选地，所述温度传感电压大于所述基准电压，并且随温度升高而减小；或者，所述温度传感电压小于所述基准电压，并且随温度升高而增大。

作为本发明进一步优化的实施例，包含恒温板，所述第一热敏电阻和所述晶体振荡电路一同设置于所述恒温板上；

作为本发明进一步优化、且可以选择的实施例，包含恒温槽，所述第一热敏电阻和所述晶体振荡电路一同设置在所述恒温槽中；或者

所述晶体振荡电路设置在所述恒温槽中，所述第一热敏电阻设置在所述恒温槽的外壁上。

优选地，所述第二热敏电阻远离所述恒温板；或者，所述第二热敏电阻远离所述恒温槽。

优选地，所述第二热敏电阻为相互串联的多个，设置在所述晶体振荡器的四周。进一步优选地，所述第二热敏电阻的数量2-4个。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

本申请实施例提供一种结构简单、高精度地保持晶体振荡器的工作温度恒定的恒温晶体振荡器。根据本发明，即使外部环境温度变化大，也能够高精度地确保晶体振荡器的工作温度恒定；本发明的恒温晶体振荡器的结构简单，不仅容易调试，而且能够降低成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是现有技术的恒温晶体振荡器的示意性结构的框图；

图2是本发明恒温晶体振荡器的实施例框图；

图3是本发明恒温晶体振荡器涉及的另一实施例的部分框图；

图4是本发明恒温晶体振荡器包含多个第二热敏电阻的实施例框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。图中，1：恒温晶体振荡器(现有技术)，2-4：恒温晶体振荡器(本发明)，11、21：晶体振荡电路，12、22：加热电路，13、23：控温电路，R0：偏置电阻，R1：第一热敏电阻，R2、R21、R22：第二热敏电阻。

图1是现有技术的恒温晶体振荡器的示意性结构的框图。作为现有技术，已知如图1所示的恒温晶体振荡器1，该恒温晶体振荡器包括晶体振荡电路11、加热电路12、控温电路13、以及用于检测晶体振荡电路的温度的热敏电阻(温度传感器)R1。其中，通常将晶体振荡电路11(或其中需要保持恒温的部分)和作为温度传感器的热敏电阻R1设置在恒温板或者恒温槽中，热敏电阻是具有负温度系数的热敏电阻。

现有技术的恒温晶体振荡器的控温原理如下。以负温度系数热敏电阻为例，热敏电阻R1的一端接地，另一端与偏置电阻R0串联连接，所述偏置电阻R0与供电电压U连接。热敏电阻R1与偏置电阻R0组成分压电路，将晶体振荡电路11的温度以电压(从热敏电阻R1与偏置电阻R0之间引出)的形式提供给控温电路13。偏置电阻R0的阻值根据晶体振荡电路11的实际工作温度的要求预先确定，所述偏置电阻的电阻值是固定值。控温电路13将由分压电路提供的电压与基准电压U0进行比较，并根据两者的差值控制加热电路12对晶体振荡电路11的加热功率。

具体地，负温度系数热敏电阻R1具有其阻值随着温度升高而降低的特性。当外界温度降低而使晶体振荡电路11及热敏电阻R1的温度也随之降低时，热敏电阻R1的阻值增大，因此分压电路提供给控温电路13的电压也增大，进而该电压与基准电压的差值也增大，控温电路13使加热电路12的加热功率增大。此后，随着晶体振荡电路11的温度逐渐升高，热敏电阻R1的阻值逐渐降低，最终达到新的热平衡状态，此后，维持该热平衡状态，直到外部环境温度再次发生变化。

然而，在以上的恒温晶体振荡器1的情况下，是通过加热电路的加热功率与外界环境造成的热损失达到热平衡来保持晶体振荡电路11的温度恒定。在热平衡状态下，不同的外部环境温度对应不同的加热功率，不同的加热功率又与分压电路对控温电路13提供的不同的电压对应。因为偏置电阻R0是固定电阻，所以分压电路提供的不同的电压又与不同的热敏电阻R1的阻值(晶体振荡电路温度)对应。换句话说，在达到新的热平衡状态时，晶体振荡电路11的温度也发生了变化。因此，现有技术的恒温晶体振荡器1存在控温精度不高的问题，随着外部环境温度的变化，其实际工作温度也会变化。

图2是本发明恒温晶体振荡器的实施例框图。为便于说明，图2中省略了一些公知的结构，例如供电电路、反馈电路等。

本实施例提供一种恒温晶体振荡器2，包含晶体振荡电路21、控温电路23、加热电路22、偏置电阻R0、第一热敏电阻R1、第二热敏电阻R2，所述第一热敏电阻R1用于检测所述晶体振荡电路的温度，所述第二热敏电阻R2用于检测外部环境温度；所述第一热敏电阻R1与所述第二热敏电阻R2串联连接，构成热敏电路，所述热敏电路进一步与所述偏置电阻R0串联连接，构成分压电路，所述分压电路在所述热敏电路一端接地、在所述偏置电阻一端接供电电压U。

所述控温电路具有两个输入端，一个输入端连接到所述分压电路中的所述热敏电路与所述偏置电阻R0之间，产生的输入电压为温度传感电压；另一个输入端输入基准电压U0，所述控温电路根据所述两个输入端输入的电压的差值控制加热电路的加热功率。所述加热电路用于对所述晶体振荡电路加热。

所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为负温度系数热敏电阻，所述温度传感电压大于所述基准电压U0，并且随温度升高而减小；

或者，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为正温度系数热敏电阻，所述温度传感电压小于所述基准电压U0，并且随温度升高而增大。

作为本发明的具体实施例，所述控温电路是运算放大电路；所述加热电路由热电阻结构的加热元件构成；所述加热电路由功率管构成。

作为本发明进一步优化的实施例，所述第一热敏电阻和所述晶体振荡电路(或其中需要保持恒温的部分)一同设置于恒温板上，并且使所述第一热敏电阻尽可能接近所述晶体振荡电路，使得第一热敏电阻准确地反映晶体振荡电路的温度。此时，虽然第二热敏电阻也可以设置在恒温板上、并且远离晶体振荡电路，但是优选将第二热敏电阻设置在恒温板外，提高控温精度。

另外，为了使加热更均匀、使第一热敏电阻R1更准确地检测晶体振荡电路21的温度，并且保护晶体振荡电路21不受外部损害，可以将晶体振荡电路21(或其中需要保持恒温的部分)设置在恒温槽中。此时，第一热敏电阻R1可以一同设置在恒温槽中，也可以设置在恒温槽外壁上，但是优选与晶体振荡电路21一同设置在恒温槽中。第二热敏电阻R2只要设置在恒温槽以外的其它合适的位置即可。

以下，对本实施方式的恒温晶体振荡器2进行控温的工作原理进行说明。

在本实施例的恒温振荡器2中，第一热敏电阻R1和第二热敏电阻R2构成热敏电路，进而与偏置电阻R0构成分压电路。分压电路在热敏电路(具体地，第二热敏电阻R2)的一端接地，并且在偏置电阻R0的一端与供电电压连接，偏置电阻R0的阻值可以根据晶体振荡电路21的所需的工作温度和设定的外界温度预先确定。

控温电路23具有两个输入端，一个输入端连接到热敏电路与偏置电阻R0之间(具体地，第一热敏电阻R1与偏置电阻R0之间)，另一个输入端输入基准电压。控温电路23根据两个输入端输入的电压的差值控制加热电路22的加热功率。控温电路23可以是运算放大电路。

以所述第一热敏电阻和第二热敏电阻均为负温度系数为例，当恒温晶体振荡器2在所需的工作温度稳态工作时，如果外部环境温度降低，则因为第二热敏电阻R2检测的是外部环境温度，因此第二热敏电阻R2的温度比第一热敏电阻R1的温度更快地降低，相应地，第二热敏电阻R2的阻值随之增大，从而使分压电路提供给控温电路23的温度传感电压升高，其与基准电压的差值增大，从而控温电路23使加热电路22的加热功率增大。这样，在外部环境温度降低时，可通过第二热敏电阻R2的阻值增加来最终提高加热电路22的加热功率，从而与降低后的外部环境温度达到新的热平衡状态。由于外部环境温度变化的影响被第二热敏电阻R2所吸收，因此，第一热敏电阻R1的阻值可以保持不变或者变动很小，即，晶体振荡电路21的温度保持不变或者变动很小。

根据本发明，通过设置了检测外部温度的独立的第二热敏电阻R2(温度传感器)，从而不仅能够迅速反映外部环境温度的变化，而且能够由第二热敏电阻R2来承担外部环境温度变化的影响，使第一热敏电阻R1不受影响或者所受影响很小，从而能够大大提高恒温晶体振荡器的控温精度。

另外，根据需要，图2中的热敏电路中的第一热敏电阻R1与第二热敏电阻R2的位置可以互换。

图3是本发明恒温晶体振荡器涉及的另一实施例的部分框图。在图3中，所述分压电路在所述偏置电阻一端接地、在所述热敏电路一端接供电电压U。

所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为负温度系数热敏电阻，所述温度传感电压小于所述基准电压U0，并且随温度升高而增大；

或者，所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为正温度系数热敏电阻，所述温度传感电压大于所述基准电压U0，并且随温度升高而减小。

除此以外，其它结构与图2所示实施例相同，因此图3只表示出所述恒温晶体振荡器的一部分。

根据需要，热敏电路中的第一热敏电阻R1与第二热敏电阻R2的位置也可以互换。

图4是本发明恒温晶体振荡器包含多个第二热敏电阻的实施例框图。优选地，所述第二热敏电阻为相互串联的多个，设置在所述晶体振荡器的四周。进一步优选地，所述第二热敏电阻的数量2-4个。

图4所示实施方式与图1-2的不同点在于，设置有两个第二热敏电阻R21、R22，其余结构与图2相同。可以将两个第二热敏电阻R21、R22分别设置在恒温晶体振荡器的除恒温槽以外的不同的位置。两个热敏电阻R21、R22的设置位置没有特别限制，只要能够准确地反应外部环境温度的变化即可。例如，可以设置在恒温晶体振荡器的对角线方向上的两端，或者设置在恒温晶体振荡器的左右两端或上下两端。

进而，第二热敏电阻也可以串联设置两个以上。例如，可以设置4个第二热敏电阻，在该情况下，可以将它们分别设置在恒温晶体振荡器的四个角。

在设置有多个第二热敏电阻的情况下，热敏电路中的各热敏电阻的串联顺序没有特别限定。

但是，当第二热敏电阻的数量增加时，一方面不容易确保它们的设置位置，另一方面，成本也会随之提高，且第二热敏电阻的数量增加所带来的效果也会变得不明显。因此，优选设置2-4个。

需要说明的是，关于加热电路，可以采用热电阻结构的加热元件，也可以采用利用管功耗加热的功率管，还可以采用电磁波辐射方式的辐射元件。而且，所述加热元件、功率管以及辐射元件均可以设置有多个，从而实现均匀的加热。对于恒温槽结构的恒温晶体振荡器，为减小辐射损耗，也可以在恒温槽内壁设置防辐射层。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种恒温晶体振荡器，其特征在于，

包含晶体振荡电路、控温电路、加热电路、偏置电阻、热敏电路；

所述偏置电阻和所述热敏电路串联构成分压电路，所述分压电路一端接地，另一端接供电电压；

从所述热敏电路与所述偏置电阻之间引出温度传感电压；

所述控温电路根据所述温度传感电压和基准电压的差值控制所述加热电路，对所述晶体振荡电路加热；

所述热敏电路包含第一热敏电阻、第二热敏电阻；

所述第一热敏电阻，用于检测所述晶体振荡电路的温度；

所述第二热敏电阻，用于检测外部环境温度；

所述第一热敏电阻与所述第二热敏电阻串联连接。

2.如权利要求1所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为负温度系数热敏电阻；或者

所述第一热敏电阻和所述第二热敏电阻均为正温度系数热敏电阻。

3.如权利要求1所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述温度传感电压大于所述基准电压，并且随温度升高而减小；或者

所述温度传感电压小于所述基准电压，并且随温度升高而增大。

4.如权利要求1所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述分压电路在所述热敏电路一端接地、在所述偏置电阻一端接供电电压；或者

所述分压电路在所述偏置电阻一端接地、在所述热敏电路一端接供电电压。

5.如权利要求1-4任意一项所述恒温晶体振荡器，包含恒温板，其特征在于

所述第一热敏电阻和所述晶体振荡电路一同设置于所述恒温板上。

6.如权利要求1-4任意一项所述恒温晶体振荡器，包含恒温槽，其特征在于

所述第一热敏电阻和所述晶体振荡电路一同设置在所述恒温槽中；或者

所述晶体振荡电路设置在所述恒温槽中，所述第一热敏电阻设置在所述恒温槽的外壁上。

7.如权利要求5所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述第二热敏电阻远离所述恒温板。

8.如权利要求6所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述第二热敏电阻远离所述恒温槽。

9.如权利要求7-8任意一项所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述第二热敏电阻为相互串联的多个，设置在所述恒温晶体振荡器的四周。

10.如权利要求9所述恒温晶体振荡器，其特征在于

所述第二热敏电阻的数量2-4个。