Исследование и анализ характеристик термокомпенсированного кварцевого генератора для беспилотных аппаратов.

Введение 4
Глава 1. Анализ процесса и существующих методов термокомпенсации кварцевых генераторов 7
1.1 Кварцевые резонаторы 7
1.1.1 Термокомпенсация 11
1.2 Анализ методов термокомпенсации 13
1.2.1 Метод линейной компенсации в кварцевых генераторах 13
1.2.2 Дискретный способ термокомпенсации 14
1.2.3 Компенсация сдвоенным кварцевым резонатором 17
1.2.4 Компенсация при помощи термозависимого потенциометра и емкости p-n-перехода полупроводниковых приборов (варикапов) 18
1.2.5 Цифровая термокомпенсация кварцевого генератора 20
1.2.6 Сравнение методов термокомпенсации кварцевого генератора 22
1.3 Анализ аналогов термокомпенсированных кварцевого генератора 23
1.3.1 Термокомпенсированный кварцевый генератор ГК-31-ТС компании «Морион» 23
1.3.2 Термокомпенсированный кварцевый генератор ГК487-ТК компании «Миландр» и «Лиф-Фонон» 24
1.3.3 Термокомпенсированный кварцевый генератор ГК-157 компании «Бмг-Плюс» 25
1.3.4 Зарубежный аналог термокомпенсированного кварцевого генератора компании «Abracon» (США). 26
1.3.5 Зарубежный аналог термокомпенсированного кварцевого генератора компании «IQD Frequency Products» (Великобритания) 27
1.3.6 Зарубежный аналог термокомпенсированного кварцевого генератора компании Oscilloquartz «OCXO» (Швейцария) 28
Глава 2. Устройство термостатированного кварцевого генератора, методика его настройки, проверки и испытания 30
2.1 Термокомпенсированный кварцевый генератор 30
2.1.1 Варикап 32
2.1.2 Цепь обратной связи 33
2.1.3 Буферный усилитель 34
2.1.4 Делитель основного сигнала 35
2.1.5 Термоформирователь 36
2.2 Технический комплекс для проверки и настройки термокомпенсированного кварцевого генератора 37
2.2.1 Специализированная установка для настройки и проверки генератора 38
2.2.2 Установка для снятия температурно-частотной характеристики 40
2.2.3 Частотомер 41
2.2.4 Осциллограф 42
2.2.5 Магазин сопротивлений 43
2.2.6 Микроскоп 44
2.2.7 Паяльная станция 45
2.2.8 Термокамера 45
2.3 Методика настройки и проверки термокомпенсированного кварцевого генератора 46
2.3.1 Методика проверки термокомпенсированного кварцевого генератора 47
2.3.2 Методика настройки термокомпенсированного кварцевого генератора 53
Глава 3. Практическое проверка методики настройки термокомпенсированного кварцевого генератора 56
3.1 Проверка и настройка блоков генератора 57
3.2 Снятие температурно-частотных характеристик с настроенных термокомпенсированных кварцевых генераторов 60
Заключение 68
Список литературы 69
ПРИЛОЖЕНИЕ А 71
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В 73
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 74

Весь текст будет доступен после покупки

Кварцевый генератор — это устройство, которое использует эффект пьезоэлектричества кварца для генерации стабильной частоты. Этот тип генератора обычно используется в электронике для создания точных временных сигналов.
Кварцевые генераторы широко применяются в области радиосвязи, радиолокации, которая используется в беспилотном летательном аппарате. Использование кварцевых генераторов позволяет создавать малогабаритную и энергоэффективную радиоаппаратуру высокой точности. Кроме того, помимо использование стандартных методов для стабилизации частоты возбудителей, а также гетеродинов или синтезаторов частоты, кварцевые генераторы сейчас также применяются для точных измерений многих параметров [1].
Современные технические системы широко применяют устройства для передачи сигналов. Огромное число частотных диапазонов при миллионах приемопередающих устройств остается достаточно загруженными, поэтому постоянно усиливаются требования к изделиям, отвечающим за генерацию опорных частот. В системах измерения и расчета должны строго соблюдаться требования к стабилизации частоты. Для быстрого получения стабильной опорной частоты необходим термокомпенсированный кварцевый генератор. При использовании термокомпенсированного кварцевого генератора стабильность выходной частоты такой системы повышается, а весовой параметр готового изделия снижается.
Кварцевый генератор, который необходимо скомпенсировать, значит, что он состоит из кварцевого резонатора и управляющей схемы. В случае термокомпенсированного кварцевого генератора (ТККГ) его структуру можно разделить на две части: высокочастотную, представленную кварцевым генератором, управляемым напряжением для изменения частоты, и устройства постоянного тока, обеспечивающие термокомпенсацию источника управления частотой кварцевого генератора [2].

Весь текст будет доступен после покупки

Глава 1. Анализ процесса и существующих методов термокомпенсации кварцевых генераторов
Кварцевые резонаторы
Кварцевые резонаторы играют одну из ключевых ролей в работе кварцевых генераторов, поэтому свойства кристалла сильно влияет на характеристики конечного продукта. Кварцевый резонатор представляет собой электромеханическое устройство, которое построенное на основе пьезоэлектрического элемента, изготовленного из кристаллов кварца. Рассмотрим устройство и принцип его работы кварцевых резонаторов. Кристаллы кварца встречаются в природе в виде горного хрусталя, аметиста или раухтопаза. На рисунке 1.1 приведена фотография друзы кристаллов раухтопаза в качестве иллюстративного примера [3].

Рисунок 1.1 – Внешний вид кварцевых кристаллов
Кварц – пьезоэлектрик, механическое воздействие на его кристалл создает электрический заряд, и наоборот. Кристалл вырезается особым образом, чтобы получить разность потенциалов при сжатии вдоль одной из осей его кристаллической решетки. Резонатор состоит из кварцедержателя, корпуса и пьезоэлемента, включающего в себя кристаллический элемент и электроды. Пьезоэлемент может колебаться на основной частоте (половина длины волны) или на гармониках (n половин длины волны). В термокомпенсированных кварцевых генераторах обычно используются колебания сдвига по толщине [4].
Срез кристалла кварца, то есть его ориентация относительно кристаллографических осей (x, y, z), позволяет определить параметры резонатора.

Рисунок 1.2 – АТ-срез пьезоэлектрическая пластинка из кварцевого кристалла
Для наглядного описания процесса используется температурно-частотной характеристикой (ТЧХ) – эта такая кривая, которая показывает изменение частоты в зависимости от температуры. Пример данной зависимости представлен на рисунке 1.3

Рисунок 1.3 – Температурно-частотная характеристика кварцевого резонатора при максимальном и минимальном напряжении на варикапе.
AT-срез кристалла кварца обладает значительно лучшими характеристиками, чем XT-срез. В AT-срезе пластинка кварца вырезается под углом к механической оси Z, составляющим 35°15' (или 35°18' на частотах выше 10 МГц). Это приводит к сдвигу по толщине пластинки при прикладывании переменного напряжения, что иллюстрируется на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 – Сдвиг поверхностей АТ- среза кварцевой пластинки
Необходимо также соблюдать правила среза угла кварца для того, чтобы уход частоты кварцевого резонатора не выходил за рамки ± 10 ppm. Это соответствует нестабильности частоты 10^(-5). На рисунке 1.5 приведены типовые зависимости отклонения частоты резонатора АТ-среза от температуры окружающей среды [5].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Косых, А. В. Кварцевые генераторы с цифровой термокомпенсацией: проблемы и перспективы реализации/ А. В. Косых // Омский научный вестник. — 2006.
2. И. В. Хоменко, А. В. Косых КВАРЦЕВЫЕ РЕЗОНАТОРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ [Электронный ресурс] //: [сайт]. —URL: https://www.omgtu.ru/general_information/faculties/radio_engineering_department/department_quot_radio_devices_and_diagnostic_systems_quot/educational-materials/Radio_transmitter/Quartz_resonators_and_generators_(tutorial).pdf
3. "Кварцевые резонаторы и генераторы" А.А. Манаенков, В.И. Куликов, А.И. Лебедев
4. "Quartz Crystal Resonators and Oscillators" by Ramon M. Cerda
5. Альтшуллер Г.Б Кварцевая стабилизация частоты / Альтшуллер Г.Б [Электронный ресурс] //: [сайт]. — URL: https://studfile.net/preview/19331309
6. "Thermal Analysis of Thermally Compensated Oscillators" by Michael A. Lombardi
7. S.P. Vyaselev, "Linear compensation method for quartz oscillators", Proc. 2018 International Frequency Control Symposium (IFCS), pp. 1-4, 2018.
8. D. G. Bleyberg, "Linear Compensation Method for Quartz Crystal Oscillator", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, vol. 47, no. 3, May 2000
9. Левин М. И. Дискретный способ термокомпенсации // Турбостроение. - 1972. - № 11. - С. 31-38.
10. Карельский В. А. Дискретная термокомпенсация в электронике // Электроника и электротехника. - 1995. - № 2. - С. 43-48
11. Буянов В.И., Железная Л.А., Красовицкий В.Е. Компенсация немонотонных частотных характеристик шумов параметров кварцевого резонатора с двумя частотами резонанса // Приборы и методы измерений. - 2009. - №3. - С.40-46.\

Весь текст будет доступен после покупки