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更多>>烤箱控制晶體振蕩器的性能取決于幾個方面
來源：http://www.jqhs.com.cn 作者：康比電子 2019年04月29
恒溫晶振的性能取決于幾個方面,包括烤箱的熱特性有多好,控制電路有多好.水晶的質量也很重要,但在這種情況下,我們只使用普通的普通AT切割水晶,以降低成本.
中心下方的照片顯示了我的烤箱結構.我認為保持烤箱盡可能小的重要性是很重要的.這將使烤箱達到熱平衡所花費的時間最小化,并且減少加熱烤箱所需的功率量.為了使OCXO易于重現且價格低廉,我不想在烤箱內部放置大型散熱器,或在其周圍放置大量絕緣材料.因此,保持小巧簡單更為重要,因此性能仍然合理.然而,烤箱應該不僅包含水晶和加熱器.振蕩器的其他組件也是溫度敏感的.因此,該烤箱包括加熱器,晶體,溫度傳感器,Colpitts振蕩器晶體管和相關組件.
控制電路是棘手的部分.在最簡單的控制電路中,將測量的溫度與期望的目標溫度進行比較.然后,如果烤箱太冷,則打開加熱器;如果烤箱太熱,則關閉加熱器.這種控制器在機械室溫控器,廚房烤箱或冰箱中的恒溫器,或家中或辦公室的空調器中很常見(常見).缺點是烤箱的熱質量需要時間來加熱和冷卻,這意味著當加熱器(或冷卻器)循環開啟和關閉時,溫度可以相當大地變化.
上面的右圖顯示了晶振頻率(在HF接收器上接收并在筆記本電腦上的Argo頻譜分析軟件中繪制).這里加熱器開/關的循環非常清楚.循環持續時間約為38秒,其中烤箱開啟17秒并關閉21秒.對于QRSS或WSPR操作,例如在U3套件中,這種溫度循環是完全不可接受的.
所以我們來比例烤箱控制.網上有幾個很好的家用烤箱振蕩器的例子,但我最喜歡的兩個是:AndyG4OEP,大約在這個頁面的一半,以及DesM0AYF在他的QRSS烤箱上的大量頁面.這兩個是我的靈感.這兩個烤箱都使用比例控制器.有一個加熱器,一個溫度傳感器和一個控制電路,由一個增益相對較低的運算放大器組成(不是開/關比較器).運算放大器的有限增益使加熱器可以部分接通.如果熱特性是正確的,并且增益與它們正確匹配,那么比例控制電路使得可以控制頻率而沒有開/關爐的特征性"搜索"循環.
但是,我對比例控制電路不太滿意.無論環境溫度如何,理想的控制電路都能將烤箱保持在恒定溫度.但比例電路沒有.烤箱保持在合理恒定的溫度,但隨著環境溫度的變化,仍然存在一些變化.即使其他一切都很完美,電路本身就會產生一個誤差項.為了阻止"振蕩"振蕩,放大器增益需要很低,但增益越低,誤差項就越大.
那么PID控制器(比例積分微分)用于工業自動化.當然,許多教科書的主題和電子工程學生的噩夢無處不在.關于這個主題有很多東西可以閱讀,它似乎很快變得足夠復雜.現在,軟件程序用于控制邏輯.但在這里,我們使用一個簡單的運算放大器.快速總結(經過大量的閱讀和研究):事實證明,在一個簡單的溫度控制器中,"衍生"一詞并不是必需的.我們已經涵蓋的"比例"術語,例如在上面的電路中.最重要的是,"積分"術語可以通過在運算放大器的反饋環路中放置一個電容器來實現;并且"積分"術語消除了"僅比例"電路中固有的誤差.簡潔整潔,
所以我的第一個烤箱的電路圖顯示在上面三張圖片的左側,并在下面再次顯示.
我在這個開發烤箱中使用了10MHz晶振.該加熱器是單個BS170MOSFET,最大功耗為830mW.為了節省空間并保持簡單,BS170直接連接在5V電源上,因此它是整個加熱元件(無電阻).830mW足以將此烤箱從室溫加熱到設定點,但在最終版本中,我使用了兩個BS170來擴大操作范圍.溫度傳感器是BC547晶體管.10K微調電位器設定烤箱的工作點(溫度).該裝置實際上是一個橋接電路,理論上應該使其對電源電壓變化相對不敏感;你對任何東西的敏感度越低,肯定越好.使用TO92晶體管作為加熱器,另一個作為傳感器,如圖所示,夾在兩者之間的晶體(HC49/4H薄型10MHz晶體)也是一種簡單緊湊的機械結構.石英晶體振蕩器是通常的Colpitts,然后是另一個緩沖階段."烤箱"僅由PCB切割制成,并焊接到所需的盒子形狀.
使用上面的頻率圖顯示烤箱的行為,反饋回路中具有不同尺寸的電容器.從左到右:100uF,220uF,33uF和47uF.在所有圖中,垂直線間隔1分鐘.可以看出33uF電容太小,爐溫(由繪制頻率表示)緩慢振蕩.47uF電容也顯示出振蕩但隨著時間的推移逐漸消失.100uF電容非常好,在最初從冷機加熱烤箱時,有一些過沖,但一切都很快穩定.為了獲得一定的安全余量,220uF似乎是一個很好的價值.烤箱控制晶體振蕩器需要更長的時間才能穩定下來,但實際上溫度變化不太可能是極端的,我們不需要通過冷烤箱啟動就能獲得非常快速的初始準備.
中心下方的照片顯示了我的烤箱結構.我認為保持烤箱盡可能小的重要性是很重要的.這將使烤箱達到熱平衡所花費的時間最小化,并且減少加熱烤箱所需的功率量.為了使OCXO易于重現且價格低廉,我不想在烤箱內部放置大型散熱器,或在其周圍放置大量絕緣材料.因此,保持小巧簡單更為重要,因此性能仍然合理.然而,烤箱應該不僅包含水晶和加熱器.振蕩器的其他組件也是溫度敏感的.因此,該烤箱包括加熱器,晶體,溫度傳感器,Colpitts振蕩器晶體管和相關組件.
上面的右圖顯示了晶振頻率(在HF接收器上接收并在筆記本電腦上的Argo頻譜分析軟件中繪制).這里加熱器開/關的循環非常清楚.循環持續時間約為38秒,其中烤箱開啟17秒并關閉21秒.對于QRSS或WSPR操作,例如在U3套件中,這種溫度循環是完全不可接受的.
所以我們來比例烤箱控制.網上有幾個很好的家用烤箱振蕩器的例子,但我最喜歡的兩個是:AndyG4OEP,大約在這個頁面的一半,以及DesM0AYF在他的QRSS烤箱上的大量頁面.這兩個是我的靈感.這兩個烤箱都使用比例控制器.有一個加熱器,一個溫度傳感器和一個控制電路,由一個增益相對較低的運算放大器組成(不是開/關比較器).運算放大器的有限增益使加熱器可以部分接通.如果熱特性是正確的,并且增益與它們正確匹配,那么比例控制電路使得可以控制頻率而沒有開/關爐的特征性"搜索"循環.
但是,我對比例控制電路不太滿意.無論環境溫度如何,理想的控制電路都能將烤箱保持在恒定溫度.但比例電路沒有.烤箱保持在合理恒定的溫度,但隨著環境溫度的變化,仍然存在一些變化.即使其他一切都很完美,電路本身就會產生一個誤差項.為了阻止"振蕩"振蕩,放大器增益需要很低,但增益越低,誤差項就越大.
那么PID控制器(比例積分微分)用于工業自動化.當然,許多教科書的主題和電子工程學生的噩夢無處不在.關于這個主題有很多東西可以閱讀,它似乎很快變得足夠復雜.現在,軟件程序用于控制邏輯.但在這里,我們使用一個簡單的運算放大器.快速總結(經過大量的閱讀和研究):事實證明,在一個簡單的溫度控制器中,"衍生"一詞并不是必需的.我們已經涵蓋的"比例"術語,例如在上面的電路中.最重要的是,"積分"術語可以通過在運算放大器的反饋環路中放置一個電容器來實現;并且"積分"術語消除了"僅比例"電路中固有的誤差.簡潔整潔,
所以我的第一個烤箱的電路圖顯示在上面三張圖片的左側,并在下面再次顯示.
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此文關鍵字： OCXO晶振烤箱控制晶體振蕩器性能
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