摘 要：通過對(duì)振蕩器主振電路及控溫電路的工作原理和設(shè)計(jì)思想的分析，設(shè)計(jì)了中心頻率為 ５０ＭＨｚ的小型高穩(wěn)恒
 
溫石英晶體振蕩器．振蕩器的主振級(jí)采用皮爾斯并聯(lián)電路，控溫電路采用直放式連續(xù)溫度控制電路，并改進(jìn)了恒溫槽結(jié)構(gòu)，采用功率管槽內(nèi)加熱實(shí)現(xiàn)晶體的小型化．對(duì)試制樣品的老化率、頻率穩(wěn)定度等進(jìn)行了測試，得到了晶體振蕩器的測試數(shù)據(jù)，石英晶體振蕩器是目前精確度和準(zhǔn)確度**高的振蕩器，被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)、遠(yuǎn)程通信、衛(wèi)星通信、定位系統(tǒng)（ＧＰＳ）、導(dǎo)航、遙控、航空航天、高速計(jì)算機(jī)、精密計(jì)測儀器及消費(fèi)類民用電子產(chǎn)品中，作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源或脈沖信號(hào)源提供頻率基準(zhǔn)，是其他各種類型的振蕩器無法取代的．在各種類型的石英晶體振蕩器中，雖以恒溫型晶體振蕩器的體積**大，但由于其具有非常的性能，應(yīng)用也非常廣泛，目前其需求量日益增長，要求也更高．
 
筆者設(shè)計(jì)了一種中心頻率為５０ＭＨｚ的小型恒溫晶體振蕩器．相關(guān)文獻(xiàn)研究表明，共射低頻電流放大倍數(shù)_β０ 不宜過大，否則難以提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度^［１］；穩(wěn)壓部分選用溫度特性好的穩(wěn)壓二極管^［２］；溫控電路由熱敏電阻組成的電橋、直流電壓放大電路及功率放大電路等構(gòu)成^［３］_．jue熱保溫材料設(shè)計(jì)中，銀膏膠封熱敏電阻與恒溫槽體緊密接觸，是直放式恒溫槽用于恒溫控制行之有效的方法 ^［４］_．當(dāng)保溫層厚度減少后，晶振的頻率溫度特性并無惡化_．^{［５－６］}文中對(duì)主要技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測試，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的振蕩器具有頻率高、穩(wěn)定度好等特性．

電路中采用標(biāo)稱頻率為５０ＭＨｚ、ＡＴ切的金屬冷壓焊封裝的晶體諧振器．圖２中的主振電路采用皮爾斯并聯(lián)電路，由晶體管Ｔ_１、晶振以及電容Ｃ_ｔ，Ｃ_１，，Ｃ_２，Ｃ_ｘ 組成．設(shè)計(jì)中選用足夠高的特征頻率_ｆＴ ，較小的共射電流放大倍數(shù)_β０ 晶體管（過大的_β０ 值不利于提高振蕩器的頻率穩(wěn)定度）．因此，只要保證了晶振起振，Ｃ_１和Ｃ_２ 應(yīng)盡可能選取較大值，以便掩蓋晶體管結(jié)電容及其他雜散電容帶來的不利影響，同時(shí)還可以減小電阻Ｒ_１，Ｒ_２ 折算到與諧振器串聯(lián)的等效電阻，保證諧振器有較高的在線Ｑ 值．為了獲得更高的諧振器在線Ｑ 值，更好的頻率穩(wěn)定度，選取電容值較大的Ｃ_ｔ，但Ｃ_ｔ 過大會(huì)使振蕩器的頻率很難校準(zhǔn)到標(biāo)稱頻率，每級(jí)晶體管集電極電源須接０．０１_μＦ電容去耦．
 
電阻電位器Ｒ_ｘ，Ｒ_１ 及Ｒ_２ 構(gòu)成分壓電路，其分壓使變?nèi)荻O管正常工作．變?nèi)荻O管的容值隨分壓而改變，振蕩電路的頻率也隨之改變，因而調(diào)整可變電位器Ｒ_ｘ 能夠手動(dòng)校準(zhǔn)頻率．調(diào)諧回路由變?nèi)荻O管Ｃ_ｘ、電阻Ｒ_１，Ｒ_２ 和電位器Ｒ_ｘ 構(gòu)成．在穩(wěn)壓電路中選用溫度特性良好的穩(wěn)壓二極管，以取代溫度特性較差的三端穩(wěn)壓器．理論研究與實(shí)驗(yàn)測試表明，要很好地改善晶體振蕩器的溫度特性，就在電阻Ｒ_１ 并聯(lián)１個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻Ｒ_ｔ．此外，在調(diào)試的過程當(dāng)中，若測試到電路的振蕩頻率并不在上邊頻和下邊頻的中心位置時(shí)，即可調(diào)整這個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻Ｒ_ｔ 來獲得改善．
 
筆者通過合理的設(shè)計(jì)和布局，將圖２中虛線框所示的振蕩電路和前２級(jí)幅度放大器集成到一塊ＰＣＢ板上，并置于恒溫槽中，更大程度地提高了幅度放大器的溫度穩(wěn)定性，同時(shí)又避免了恒溫槽體積的增加．這種改進(jìn)使得在不采用 ＡＧＣ（自動(dòng)增益負(fù)反饋）電路的情況下，晶振的長期和短期頻率穩(wěn)定度沒有明顯的差別，有利于晶振的小型化．集成塊６３２１具有倍頻和波形變換作用，由于文中采用５０ＭＨｚ晶體，故無須倍頻即可滿足要求．振蕩電路的噪聲主要來自電路中的有源元件．為減少這些噪聲，通常采用穩(wěn)定的電源和理想的輸出策略，適當(dāng)加寬電源線可減小環(huán)路電阻．電源線、地線的走向和數(shù)據(jù)傳遞方向一致，也有助于增強(qiáng)抗噪能力．同時(shí)，為了減小噪聲從振蕩器泄漏出去和噪聲從其他設(shè)備進(jìn)來，電源上通常采用旁路電容．一般選用的旁路電容為０．１_μＦ或４．７ｎＦ，該電容對(duì)基頻的３次泛音有一定的吸收作用，并能改善振蕩波形，抑制電源線抖動(dòng)所帶來的影響．此外，晶振的外殼必須接地，加粗接地線也是增強(qiáng)石英晶體諧振器抗干擾能力的重要措施之一．
 
１．２恒溫電路設(shè)計(jì)
 
采用單層恒溫槽及直放式連續(xù)溫度控制電路進(jìn)行恒溫電路設(shè)計(jì)，該控溫電路具有補(bǔ)償零點(diǎn)漂移性能的特點(diǎn)．恒溫槽利用功率放大管的管耗進(jìn)行加熱，以充分利用電源效率．溫控電路的結(jié)構(gòu)由熱敏電阻電橋電路、直流電壓放大和功放電路組成，其電路如圖３所示．#p#分頁標(biāo)題#e#
 
圖３中的控溫電橋網(wǎng)絡(luò)由電阻Ｒ_１，Ｒ_２，熱敏電阻Ｒ_ｔ 及拐點(diǎn)電阻Ｒ_ｘ 構(gòu)成，直流電壓放大器由集成運(yùn)放構(gòu)成，恒溫槽由功率管管耗提供熱量．其工作原理如下：當(dāng)恒溫電路通電后，當(dāng)其恒溫槽溫度沒達(dá)到晶體拐點(diǎn)溫度時(shí)，電橋?qū)⒂幸粋€(gè)較大的失衡電壓輸出，使溫控電路處于大電流加熱狀態(tài)，功放管功率**大，恒溫槽內(nèi)溫度上升；當(dāng)恒溫槽內(nèi)的溫度上升，電橋電路的輸出失衡電壓就下降，功率管的管耗下降，直到恒溫槽加熱到所需要控制的溫度，溫度控制電橋輸出的電壓維持不變．與此同時(shí)，流過功率管電流**小，恒溫控制電