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【摘要】恒温晶体振荡器，也称作OCXO，是泛音晶体的重要组成元件，具有稳定性高、使用寿命长等优点。但是它的一个显著的缺陷在于压控频率调节范围很小，很难满足对压控频率有较高要求的情况。本文从OCXO的相对宽频率对比范围、老化指标、频率稳定性等方面，介绍了恒温晶体振荡器调频范围扩展的方法。
【关键词】恒温晶体振荡器；调频范围；扩展
从上个世纪压电效应得到应用以来，石英晶体振荡器就作为频率信号发生器在许多的领域进行了广泛的应用。在21世纪这个信息化的时代中，晶体振荡器的使用更加的广泛，对晶体振荡器的需求量也有了极大的提升。恒温晶体振荡器是晶体振荡器中使用较为广泛的一种类型，它具有稳定性强、精度高等优点，在通信、定位、遥感、遥测等领域都有良好的应用效果。而在通信等某些领域中，不仅对晶体振荡器的稳定性要求较高，而且还要求其具有较宽的调频范围。本文就根据实际的使用要求，提出了利用恒温晶体振荡器的恒温温度开拓展恒温晶体振荡器调频范围的方法。
1. 恒温晶体振荡器简述
恒温晶体振荡器是将石英谐振腔置于恒温槽中，从而使其输出频率具有良好的稳定性和温度特性。恒温晶体振荡器可以简称为恒温晶振。它通常采取单层恒温和双层恒温两种结构形式。恒温槽中的温度一般被控制在晶体频率-温度曲线的零温度系数点上，温度的波动幅度很小，这样就能在将温度对晶体振荡频率的影响降低到最小。
在精密标准频率控制仪器中，常常需要既能在宽频率范围调节又能够保持高频率稳定度和低相位噪声的可控晶体振荡器。为了实现宽频率范围调节，不得不采用拉动性好但是稳定度和老化率较差的基频晶体振荡器。在当前使用的所有晶体振荡器中，恒温晶体振荡器是频率精度较高的一种类型，并且还具有稳定性高、使用年限长、噪音小等优点。高质量的恒温晶体振荡器的老化率可以达到10-12/天。因此，恒温晶体振荡器也经常被看做是高稳定性的晶体振荡器，并被应用于许多对晶体振荡频率稳定性要求较高的仪器和元件中。
2. 恒温晶体振荡器可调频范围扩展
恒温晶体振荡器通常采用的都是AT切或者SC切的泛音晶体谐振器，而对于那些对短期频率稳定性较高的仪器，使用SC切晶体的频率更高。
泛音SC切晶体的Q很高，因此其频率的稳定性和相位噪音指标都较好，但缺点是压控范围较小，对于一些对调频范围要求较高的仪器来说，这种谐振器的功能就难以满足要求。
当前常用的频率范围扩展方法是使用π网络。但这种方法也有一个显著的缺陷，就是会降低晶体振荡器的Q值，这样就必然会导致恒温晶体振荡器的短期频率稳定性和相位噪声指标受到影响。
通过实验探究发现，合理的调节恒温晶体振荡器的恒温温度可以有效的扩展晶体振荡器的调频范围，并且使其稳定性提高到原来的1-1.5倍。本文中采用了可程控电位器来作为晶体振荡器电桥中的电阻，并利用单片机来控制电位器輸出的电阻值，以此来更好的控制晶体振荡器的恒温温度，实现调频范围扩展的目的。
3. 晶体谐振器的选择要求
晶体谐振器是晶体振荡器中的重要元件，AT或SC切晶体谐振器是在恒温晶体振荡器中最常使用的两种晶体谐振器，其主要的优点在于在宽温度范围内，产生的频差较小。
在选择晶体谐振器时，有一些具体的要求。首先，晶体频率的精度药膏。晶体谐振器的频率精确度直接影响着晶体振荡器的频率精确度。但由于在切割石英晶片的过程误差总是在所难免的，因此，晶体谐振器的实际频率与标称频率之间总是存在一定的差异的。通常，晶体谐振器的频率精度只有在±20*10-6以上才是合格的。对于一些温度补偿晶体振荡器，如串联变容管、补偿电容等，晶体谐振器的频率精度应当在-20*10-6才满足要求。
其次，温度的频差药效。晶体振荡器的温度频差主要是由晶体谐振器的温度频差所决定的。这就要求晶体谐振器的温度频差要控制在±20*10-6范围内。
第三，晶体谐振器的单频性要高。晶体谐振器若在串联谐振频率中存在寄生频率将会导致跳频现象的发生，这会极大的影响到晶体谐振器的性能。为了防止这一问题的产生，必须确保晶体谐振器的单频性。在装配晶体谐振器前，应当检查其是否具有寄生频率。常用的检查方法是使用扫频仪来进行检查。单频性良好的晶体谐振器扫描出来的曲线是十分平滑，没有寄生峰的。
4. 恒温晶体振荡器原理及调节其恒温温度拓展频率范围研究
恒温晶体振荡器的组成部分包括振荡电路、电阻电桥、放大电路、加热电路等。从可控温度上进行划分，恒温晶体振荡器可以分为低温和高温两种；从感温元件上来划分则可以分为点式恒温和面式恒温两种。恒温晶体振荡器的工作原理如下：首先由热敏电阻电桥、直流电压放大器和直流功率放大器组成电路。通电后，恒温槽内的温度会上升，但这时尚未达到控制温度。热敏电阻电桥会产生较大的输出功率，恒温槽也处于较大的加热功率状态下。当温度进一步上升时，电桥的失衡输出电压开始减小，但恒温槽还处在最大加热功率的状态下。当恒温槽中的温度快要达到控制温度时，输出电压进一步减小，加热功率也开始见效。当恒温槽的温度达到控制温度时，电桥的输出电压保持恒定，电压经过放大后通过加热丝，并保持在恒定。其产生的热量与恒温箱损耗的温度是一致的，这样就实现了恒温箱的温度控制。
本文采用的是改变恒温晶体振荡器的恒温温度来实现对恒温晶体振荡器输出频率的控制。当恒温晶体振荡器的温度偏离拐点时，其频率-温度的变化曲线斜率将会有显著的增大。通常会采用晶体谐振器温度变化曲线中波动较少的一段曲线作为调频的范围，这样就能尽量减少对秒级稳定率的影响。恒温晶体振荡器恒温槽温度变化所引起的频率变化只在很小的范围内波动。只要对恒温晶体振荡器的电路进行精确有效的设计，可以将这种变化控制在10-11量级内。因此，恒温晶体振荡器的短期频率波动对恒温晶体振荡器整体的频率稳定性影响是较小的。通过实验也可以证明，恒温温度的变化会使晶体振荡器的实际频率变为原来的1-1.5倍，这种变化幅度是十分微小的。
5. 结语
本文提出了通过改变恒温晶体振荡器控温电桥电阻的方式来实现对恒温晶体振荡器调频范围的扩展。这一方法能够实现对恒温晶体振荡器频率的自动化控制，并且对频率的短期稳定性和相位噪音的影响较小，秒级稳定度能够保持在原有的10-11量级上，而频率的调节范围则从原有的10-7量级扩展到了10-6量级，与传统的调节方法相比有很大的优势。
参考文献
[1] 白丽娜，周渭，李婉莹，张莹，陈鸿杰. 基于应力处理的温度补偿石英晶体振荡器[J].仪器仪表学报，2014（07）：77-78.
[2]白丽娜，周渭，任军旗.一种宽频率调节的精密OCXO[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2014（05）：45-46.
[3]唐路，王志功，曾贤文，徐建.一种用于射频调谐器的低相位噪声低功耗晶体振荡器[J].东南大学学报（英文版），2012（01）：11-13.
【关键词】恒温晶体振荡器；调频范围；扩展
从上个世纪压电效应得到应用以来，石英晶体振荡器就作为频率信号发生器在许多的领域进行了广泛的应用。在21世纪这个信息化的时代中，晶体振荡器的使用更加的广泛，对晶体振荡器的需求量也有了极大的提升。恒温晶体振荡器是晶体振荡器中使用较为广泛的一种类型，它具有稳定性强、精度高等优点，在通信、定位、遥感、遥测等领域都有良好的应用效果。而在通信等某些领域中，不仅对晶体振荡器的稳定性要求较高，而且还要求其具有较宽的调频范围。本文就根据实际的使用要求，提出了利用恒温晶体振荡器的恒温温度开拓展恒温晶体振荡器调频范围的方法。
1. 恒温晶体振荡器简述
恒温晶体振荡器是将石英谐振腔置于恒温槽中，从而使其输出频率具有良好的稳定性和温度特性。恒温晶体振荡器可以简称为恒温晶振。它通常采取单层恒温和双层恒温两种结构形式。恒温槽中的温度一般被控制在晶体频率-温度曲线的零温度系数点上，温度的波动幅度很小，这样就能在将温度对晶体振荡频率的影响降低到最小。
在精密标准频率控制仪器中，常常需要既能在宽频率范围调节又能够保持高频率稳定度和低相位噪声的可控晶体振荡器。为了实现宽频率范围调节，不得不采用拉动性好但是稳定度和老化率较差的基频晶体振荡器。在当前使用的所有晶体振荡器中，恒温晶体振荡器是频率精度较高的一种类型，并且还具有稳定性高、使用年限长、噪音小等优点。高质量的恒温晶体振荡器的老化率可以达到10-12/天。因此，恒温晶体振荡器也经常被看做是高稳定性的晶体振荡器，并被应用于许多对晶体振荡频率稳定性要求较高的仪器和元件中。
2. 恒温晶体振荡器可调频范围扩展
恒温晶体振荡器通常采用的都是AT切或者SC切的泛音晶体谐振器，而对于那些对短期频率稳定性较高的仪器，使用SC切晶体的频率更高。
泛音SC切晶体的Q很高，因此其频率的稳定性和相位噪音指标都较好，但缺点是压控范围较小，对于一些对调频范围要求较高的仪器来说，这种谐振器的功能就难以满足要求。
当前常用的频率范围扩展方法是使用π网络。但这种方法也有一个显著的缺陷，就是会降低晶体振荡器的Q值，这样就必然会导致恒温晶体振荡器的短期频率稳定性和相位噪声指标受到影响。
通过实验探究发现，合理的调节恒温晶体振荡器的恒温温度可以有效的扩展晶体振荡器的调频范围，并且使其稳定性提高到原来的1-1.5倍。本文中采用了可程控电位器来作为晶体振荡器电桥中的电阻，并利用单片机来控制电位器輸出的电阻值，以此来更好的控制晶体振荡器的恒温温度，实现调频范围扩展的目的。
3. 晶体谐振器的选择要求
晶体谐振器是晶体振荡器中的重要元件，AT或SC切晶体谐振器是在恒温晶体振荡器中最常使用的两种晶体谐振器，其主要的优点在于在宽温度范围内，产生的频差较小。
在选择晶体谐振器时，有一些具体的要求。首先，晶体频率的精度药膏。晶体谐振器的频率精确度直接影响着晶体振荡器的频率精确度。但由于在切割石英晶片的过程误差总是在所难免的，因此，晶体谐振器的实际频率与标称频率之间总是存在一定的差异的。通常，晶体谐振器的频率精度只有在±20*10-6以上才是合格的。对于一些温度补偿晶体振荡器，如串联变容管、补偿电容等，晶体谐振器的频率精度应当在-20*10-6才满足要求。
其次，温度的频差药效。晶体振荡器的温度频差主要是由晶体谐振器的温度频差所决定的。这就要求晶体谐振器的温度频差要控制在±20*10-6范围内。
第三，晶体谐振器的单频性要高。晶体谐振器若在串联谐振频率中存在寄生频率将会导致跳频现象的发生，这会极大的影响到晶体谐振器的性能。为了防止这一问题的产生，必须确保晶体谐振器的单频性。在装配晶体谐振器前，应当检查其是否具有寄生频率。常用的检查方法是使用扫频仪来进行检查。单频性良好的晶体谐振器扫描出来的曲线是十分平滑，没有寄生峰的。
4. 恒温晶体振荡器原理及调节其恒温温度拓展频率范围研究
恒温晶体振荡器的组成部分包括振荡电路、电阻电桥、放大电路、加热电路等。从可控温度上进行划分，恒温晶体振荡器可以分为低温和高温两种；从感温元件上来划分则可以分为点式恒温和面式恒温两种。恒温晶体振荡器的工作原理如下：首先由热敏电阻电桥、直流电压放大器和直流功率放大器组成电路。通电后，恒温槽内的温度会上升，但这时尚未达到控制温度。热敏电阻电桥会产生较大的输出功率，恒温槽也处于较大的加热功率状态下。当温度进一步上升时，电桥的失衡输出电压开始减小，但恒温槽还处在最大加热功率的状态下。当恒温槽中的温度快要达到控制温度时，输出电压进一步减小，加热功率也开始见效。当恒温槽的温度达到控制温度时，电桥的输出电压保持恒定，电压经过放大后通过加热丝，并保持在恒定。其产生的热量与恒温箱损耗的温度是一致的，这样就实现了恒温箱的温度控制。
本文采用的是改变恒温晶体振荡器的恒温温度来实现对恒温晶体振荡器输出频率的控制。当恒温晶体振荡器的温度偏离拐点时，其频率-温度的变化曲线斜率将会有显著的增大。通常会采用晶体谐振器温度变化曲线中波动较少的一段曲线作为调频的范围，这样就能尽量减少对秒级稳定率的影响。恒温晶体振荡器恒温槽温度变化所引起的频率变化只在很小的范围内波动。只要对恒温晶体振荡器的电路进行精确有效的设计，可以将这种变化控制在10-11量级内。因此，恒温晶体振荡器的短期频率波动对恒温晶体振荡器整体的频率稳定性影响是较小的。通过实验也可以证明，恒温温度的变化会使晶体振荡器的实际频率变为原来的1-1.5倍，这种变化幅度是十分微小的。
5. 结语
本文提出了通过改变恒温晶体振荡器控温电桥电阻的方式来实现对恒温晶体振荡器调频范围的扩展。这一方法能够实现对恒温晶体振荡器频率的自动化控制，并且对频率的短期稳定性和相位噪音的影响较小，秒级稳定度能够保持在原有的10-11量级上，而频率的调节范围则从原有的10-7量级扩展到了10-6量级，与传统的调节方法相比有很大的优势。
参考文献
[1] 白丽娜，周渭，李婉莹，张莹，陈鸿杰. 基于应力处理的温度补偿石英晶体振荡器[J].仪器仪表学报，2014（07）：77-78.
[2]白丽娜，周渭，任军旗.一种宽频率调节的精密OCXO[J].西安电子科技大学学报（自然科学版），2014（05）：45-46.
[3]唐路，王志功，曾贤文，徐建.一种用于射频调谐器的低相位噪声低功耗晶体振荡器[J].东南大学学报（英文版），2012（01）：11-13.