石英频率标准导论[1]

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1、维普资讯http://www.cqvip.com本人在使用昭和公司此类调颇机时，发现有厂很多．j地方可以进行改进，以便于工作及设备的保养。下面举两蜘说明一下。(1)原进口的钼舟，如图2bN示，改进后的钼舟如图2a。图2b中的优点是钼舟前面有一窗口可方便放银丝，缺点是溅射银量大，耗银量多，大量的银被溅到炉盖上。改进后的钼舟消除了窗口，在钼舟的前端稍凸出一点，便于放银丝，这样银量消耗大大减小。每次只需放一小节银丝即可。(2)机器上的翻宁计开关，一旦打开后，真空硅就放电，时间一长，阳极氧化，阴极烧毁。本人采用

2、如下的改进方法。将翻宁计开关线的100g交流电从按键上拆下，指示灯电源线不动，接到R×9—3，R×9—4_k，R×9—3与RX9—4并作使用。原理是真空罩处于低真空时，真空探头不放电，当高真空阀打开后，真空探头开始放电，检测真空。放气后，真空探头断电，迭到对真空探头进行了保护作用。Mqs．I石英频率标蓑噼葛替摘要长文评述j石英频率标准的基本原理，讨论了晶体谐振器和振荡器、振荡的种类以及温补晶振(TCXO)和温控晶振(OCXO)的特性和局限性。讨论了振一7L荡器的不稳定因素，包括l老化、噪声、频率温度特性

3、、温升特性、加速度效应、磁场效应大气压力效应辐射效应以及各种效应之间的相互关系。本文也提供7比较和选择振荡器的指南，讨论了有关的技术规范并列出大量的参考文献以及进一步阅读有关资料的建议。。I．引言当前全世界每年生产十亿多只石英晶体振荡器，应用范围从廉价钟表到无线电导航和宇宙飞船跟踪系统。这篇报告评述石英振荡器的基本性能，着重石英频标(它与廉价钟振荡器不同)。讨论的课题包括l晶体谐振器和振荡器，振荡器类型，以及温补晶振(TCXO)和温控晶振(OCXO)的特性和局限性。所讨论的振荡器不稳定性包括l老化率，噪

4、声，f—T特性，温升特性，加速度效应，磁场效应，气压效应，辐射效应，以及各种效应之间的相互作用。为了对振薪器进行比较和选用给出了指南，也包括了规范的讨论并给出了参考文献和进一步阅读资料的建议。Ⅱ．晶体振荡器A．蕾通量擐1．擐荡器基础图i是一种大为简化的电路方框图，它表明了晶振的基本单元。晶振放大器至少包括一个有源器件，必要的偏置网络I也可能包括其它元件以用来限制带通，阻抗匹配和增益控制译自美国ElertconlcsTechnologyandDevice$LaboratotY报告1992．3景汉清译、罗．

5、茧———一一。一z裘伟，夺辑谁，售罨．维普资讯http://www.cqvip.com反馈网络由晶体组成，也可能含有其它元件，象用于调谐的可变电容器等。振茴频率由闭台囡路所要求的相移(=2nn)来决定，这儿n为整数，通常为0或1。振荡器剐开始激励的时候，电路里仅有的信号是噪声噪声成份中满足振荡相位条件的颓率围绕环路传播，且振幅越来越大，其增量由盈余的回路增益和晶体网络的带宽来决定。振幅持续升高直至放大器增益下降为止，增益下降不是由有源元件的非线性所引起就是由外部电平控制方法来产生。在稳态下．闭环增益=1

6、。假如有一个相位干扰△十发生，振荡频率就一定会偏移一个△，以维持2n的相位条件。串联谐振振荡器的频偏可以表示为：△，一△，2QL这儿0为网络中的晶体有载0值。(虽然“晶体元件(CrystalUait)是一个正式名字，但是“晶体々(Crysta1)和“谐振器”(Resonator)经常与“晶体元件相互交替使用。有关晶体元件进一步的资料见参考资料3到6。)晶振设计资料可以在参考资料1，2，5和7中找。晶体振荡器的缩写是X0。囤l晶悼振荡器的简化电路方框图图2机械振动系统的等效电路2．晶体元件等效电路石英晶体

7、元件是一块已被上电极的石英片，它被密封在一个封闭的结构中。(这片子通常称作为“毛片”)。虽然晶体元件的设计和制作组成一个复杂的课题，但是振荡器设计人员能将晶体元件视为一个电路元件，并且只要与晶体的等效电路打交道。图2表明的机械振动系统和电路是等效的，目为这两种系统都能用同样的微分方程来表示。质量、弹簧和阻尼元件相当于电感、电容和电阻，驱动力相当于电压，质量的位移相当于电容充电，速度相当电流。晶体谐振器是一种机械振动系统，它通过压电效应连到电子电路中击。图3表示了谐振器的一种振动模式的简化等效电路，同时表

8、明了晶体元件的电路符号，负载电容与晶体串联。Co为并联电容，它是石英片上的电极电容加上晶体外壳的杂散电容。电路的C部分是“动态臂，它起因于晶体的机械振动。Ca与c的比率是衡量储存在晶体中的电能相机械一47—维普资讯http://www.cqvip.com能互变的量度，即压电耦台系数。C。／Ct随泛音次数的平方增长。C。／C对于K和Ⅳ的关系式为2C。／CI=EnlV／2K7，这儿Ⅳ为泛音次数。当在谐振器的电极上加上一十直流电压时，电容比C。／