温补晶振温度问题的可用范围与期望范围

目前温补晶振被广泛用于的汽车,航空航天,智能化产品,工业等领域,温补振荡器即温度补偿石英晶体振荡器.它不采用恒温槽而用补偿方法提高其频率稳定度,优点是不预热,体积小,重量轻,耗电量小,开机即能工作.补偿后在宽温度范围内,频率的相对变化可达5X10-6-5X10-3,适用于各种小型电台和野外测试仪器作标准频率源.

因为石英晶振的频率漂移不会随温度变化而平行变化,所以补偿线性区域之外的晶体频率变化是很难实现的,并且实现起来成本很高.困难和费用的基本原因是"声光切割"晶体具有立方频率对温度的形状.特定晶体描绘的精确曲线取决于这块石英从石头上切割下来的角度.与参考角度相比,角度可以是"正"或"负",参考角度的值根据操作模式和晶体毛坯几何形状而变化.

"负"角所表现出的频率变化在每度温度变化中会相当大.因此,它们极难补偿."正"角通常随着温度的升高而增加.然而,在一定温度下,频率将开始下降.变化点被称为"低温转折点".随着温度进一步升高,频率将继续降低,直到达到某一温度.此时(称为"高温转折点"),频率再次开始增加.

根据使用中角度的精确值,这两个温度可以很大程度上分开.通常的做法是选择一个拐点温度等于(或非常接近等于)需要补偿的温度极值的角度.在这种情况下,频率将在整个温度范围内降低,因此可以用最少的所需元件更容易地进行补偿.利用切割角度使得频率变化/温度关系是线性的,简单地最小化了所需补偿元件的数量以及测试量.

此外,没有一种可用的技术能够补偿所有温度范围内的所有晶振;给定温度范围内的补偿程度受振荡器设计选择的限制.对于给定的应用,仍然要由设计者来选择最实用的方法.

一般而言,较窄的温度范围为出色的频率补偿提供了机会,而较宽的温度范围会带来较大的频率偏差.-20℃到+70℃之间的温度范围易于管理;介于-40℃到+85℃之间的温度范围更难管理,但仍然实用.频率在这些范围内的补偿程度由石英晶体振荡器制造商使用的补偿技术决定.

在晶体振荡器中保持恒定的工作频率对于便携式电子设备的正常运行至关重要.由于这些振荡器的性能会受到温度变化的不利影响,设计人员必须依靠频率补偿.

实现频率补偿有三种常用方法,但每种方法都有其特定的资产和负债集合;没有一种方法适合每种应用.通过在设计过程的早期咨询温补晶振制造商,设计工程师将增加获得近乎理想振荡器的机会.