恒温晶振的性能取决于几个方面,包括烤箱的热特性有多好,控制电路有多好.水晶的质量也很重要,但在这种情况下,我们只使用普通的普通AT切割水晶,以降低成本.
中心下方的照片显示了我的烤箱结构.我认为保持烤箱尽可能小的重要性是很重要的.这将使烤箱达到热平衡所花费的时间最小化,并且减少加热烤箱所需的功率量.为了使OCXO易于重现且价格低廉,我不想在烤箱内部放置大型散热器,或在其周围放置大量绝缘材料.因此,保持小巧简单更为重要,因此性能仍然合理.然而,烤箱应该不仅包含水晶和加热器.振荡器的其他组件也是温度敏感的.因此,该烤箱包括加热器,晶体,温度传感器,Colpitts振荡器晶体管和相关组件.

控制电路是棘手的部分.在最简单的控制电路中,将测量的温度与期望的目标温度进行比较.然后,如果烤箱太冷,则打开加热器;如果烤箱太热,则关闭加热器.这种控制器在机械室温控器,厨房烤箱或冰箱中的恒温器,或家中或办公室的空调器中很常见(常见).缺点是烤箱的热质量需要时间来加热和冷却,这意味着当加热器(或冷却器)循环开启和关闭时,温度可以相当大地变化.
上面的右图显示了晶振频率(在HF接收器上接收并在笔记本电脑上的Argo频谱分析软件中绘制).这里加热器开/关的循环非常清楚.循环持续时间约为38秒,其中烤箱开启17秒并关闭21秒.对于QRSS或WSPR操作,例如在U3套件中,这种温度循环是完全不可接受的.
所以我们来比例烤箱控制.网上有几个很好的家用烤箱振荡器的例子,但我最喜欢的两个是:AndyG4OEP,大约在这个页面的一半,以及DesM0AYF在他的QRSS烤箱上的大量页面.这两个是我的灵感.这两个烤箱都使用比例控制器.有一个加热器,一个温度传感器和一个控制电路,由一个增益相对较低的运算放大器组成(不是开/关比较器).运算放大器的有限增益使加热器可以部分接通.如果热特性是正确的,并且增益与它们正确匹配,那么比例控制电路使得可以控制频率而没有开/关炉的特征性"搜索"循环.
但是,我对比例控制电路不太满意.无论环境温度如何,理想的控制电路都能将烤箱保持在恒定温度.但比例电路没有.烤箱保持在合理恒定的温度,但随着环境温度的变化,仍然存在一些变化.即使其他一切都很完美,电路本身就会产生一个误差项.为了阻止"振荡"振荡,放大器增益需要很低,但增益越低,误差项就越大.
那么PID控制器(比例积分微分)用于工业自动化.当然,许多教科书的主题和电子工程学生的噩梦无处不在.关于这个主题有很多东西可以阅读,它似乎很快变得足够复杂.现在,软件程序用于控制逻辑.但在这里,我们使用一个简单的运算放大器.快速总结(经过大量的阅读和研究):事实证明,在一个简单的温度控制器中,"衍生"一词并不是必需的.我们已经涵盖的"比例"术语,例如在上面的电路中.最重要的是,"积分"术语可以通过在运算放大器的反馈环路中放置一个电容器来实现;并且"积分"术语消除了"仅比例"电路中固有的误差.简洁整洁,
所以我的第一个烤箱的电路图显示在上面三张图片的左侧,并在下面再次显示.

我在这个开发烤箱中使用了10MHz晶振.该加热器是单个BS170MOSFET,最大功耗为830mW.为了节省空间并保持简单,BS170直接连接在5V电源上,因此它是整个加热元件(无电阻).830mW足以将此烤箱从室温加热到设定点,但在最终版本中,我使用了两个BS170来扩大操作范围.温度传感器是BC547晶体管.10K微调电位器设定烤箱的工作点(温度).该装置实际上是一个桥接电路,理论上应该使其对电源电压变化相对不敏感;你对任何东西的敏感度越低,肯定越好.使用TO92晶体管作为加热器,另一个作为传感器,如图所示,夹在两者之间的晶体(HC49/4H薄型10MHz晶体)也是一种简单紧凑的机械结构.石英晶体振荡器是通常的Colpitts,然后是另一个缓冲阶段."烤箱"仅由PCB切割制成,并焊接到所需的盒子形状.

使用上面的频率图显示烤箱的行为,反馈回路中具有不同尺寸的电容器.从左到右:100uF,220uF,33uF和47uF.在所有图中,垂直线间隔1分钟.可以看出33uF电容太小,炉温(由绘制频率表示)缓慢振荡.47uF电容也显示出振荡但随着时间的推移逐渐消失.100uF电容非常好,在最初从冷机加热烤箱时,有一些过冲,但一切都很快稳定.为了获得一定的安全余量,220uF似乎是一个很好的价值.烤箱控制晶体振荡器需要更长的时间才能稳定下来,但实际上温度变化不太可能是极端的,我们不需要通过冷烤箱启动就能获得非常快速的初始准备.

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烤箱控制晶体振荡器的性能取决于几个方面

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