该篇文章紧接着《温补晶振补偿原理及补偿过程》接着继续讲解,这篇文章主要讲的是温补晶振的热敏网络分析
2、几种常见热敏网络分析
热敏网络输出电压V0的精度主要决定于热敏电阻的精度. 热敏电阻使用负温度系数, 其阻值随温度变化的关系一般表示为
从式( 1) 可以看出, 热敏电阻的阻值与温度成指数关系, B 1 是表征指数特性的一个常数, 可以用某些方法确定式( 1) 中的参数R0和B1值.
用热敏电阻和固定电阻可组成各种形式的“温度补偿网络”, 即热敏网络. 补偿精度之高低 取决于热敏网络输出电压—温度(V0 -T ) 曲线和所要求的补偿电压—温度(V -T)曲线的吻合程度. 因此,热敏网络的设计是整个补偿过程最关键的一步.根据温补晶振频率稳定度的不同要求, 热敏网络也各异, 一般频率稳定度愈高, 热敏网络愈复杂.
常用的热敏网络有简单型网络、单型网络、双型网络、桥式网络和双臂网络五种型 式. 图3给出其中三种型式.
图3a是用得最多的一种网络. 这种网络只能输出二次曲线形状的电压, 因此只能补偿二 次曲线形状的晶振频率温度特性.实验表明,该网络从- 20~+ 60℃环温之间,补偿精度可达到±5×10- 7 , 少数可达到±2×10- 7, 但对石英晶体谐振器的切角要求比较严格.
图3c为桥式网络, 它同时用两个网络进行补偿, 相当于两次补偿, 因此补偿精度比简单, 型网络有明显提高. 由实验得知, 在- 20~+ 60℃温度范围内, 补偿精度可以达到±2×10 - 7, 少数可以达到±1×10-7 , 并且对二次形状和三次形状的晶体频率温度特性曲线都能补偿, 有效地提高了晶体利用率.
双臂网络实际上也是由两个网络同时补偿, 其作用和桥式网络相同, 但作用的温度范围比 桥式网络宽, 因而常用在- 55~+ 70℃环温范围内进行补偿. 补偿精度大部分优于±2×10 - 6, - 6
实际设计时, 可根据温补晶振的技术要求, 采用上述各种不同的热敏网络. 现以简单型 网络为例, 说明热敏网络电阻分压与温度和各电阻 R i 的关系. 记 R 1、R 2( T ) 、R 3 组成的电阻为 f 1 ( T ) R 4 ( T ) 、R 5 组成的电阻为 f 2 ( T ) , 则
根据电阻分压关系得
上式表明, 当电源电压E一定时,热敏网络输出电压V0( T)是温度和各电阻 R i 的函数. 只要热敏电阻B值在一定取值范围, 各R i选择适当, V0 (T) 就能按需要输出, 获得 V 0 随温度变化的 ( V 0-T )曲线和补偿电压—温度( V -T ) 曲线吻合一致.
对于其它各种石英晶振形式的热敏网络, 可以类似地推导出 V0 依赖于 这些函数形式可用最一般的函数模型抽象地记为
这里m是任意整数, 简单型网络中m = 5. V 0是各R i的非线性函数.