SJ Z 9158-1987 石英晶体元件用温度控制装置.pdf

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1、中华人民共和国电子工业推荐性部用常TemPerature Control devices for guartz Crystal unlts 第1章一般特性和标准的SJ/Z 9158 87 IEC 314 (1970) C含IEC314A(1971) IEC 314第-次持克(1979) ) 本标准规定了用于石英晶体元件晶体腔温度的温控装置的术语及说明和一些通用的结构要求。控制装置通用的术语，立宣叙述了具有固定内部的测量方法。另外，给出了本标准也给出了温控装置某些基额定值的标准值与先以及标志的方法.注:在电路中，同类温控装置有各种各样的用途。但应指出，木标准仅适用于石英晶体元件的用，应充分考虑其

2、特殊要求及特点。对其官应2术2.1 一般术语2.1.1 晶体元件的温度控制装置缩写为TCD)一种容纳一个或若干个晶体元件韭使其在各种机械、电气和的装置。注:有三类第1类:第2类:第3类:上述1、2类原理结合使用。2.1.2 晶体腔温控装置中放置晶体元件的空间。供使用:下保持相对恒寇的，以石英晶体元件用温度控制装置(TCD)。2.1.4感温器TCD中进行自动温度调节所元件。它可以直接地或控制。中华人民共和国部1988-0106批1 SJ/Z 9158 87 2.1. 5 断续工作的TCD或冷却装置为间歇供电的TCD。2.1.6 连续工作的TCD加热或冷却装置为连续供电的TCD。2.2 工作特性2

3、2.1 晶体腔温度晶体振子所在位置处陶醉时、温度。2.2.2 晶体腔平均温度当TCD工作在指远的恒寇电源电压和环平均值。条件下时，晶大注:环境温度一-本标准中广泛使用的这一术语，一概是指环绕TCD而又对TCD无明显作用的校宽的的所有的允差和偏差，都是在20C的基准温度(如用其它温度，应从SJ/Z9001(IEC 68)标准中选择)及额定电压下测得的晶体腔平均温度。2.2.3 晶体腔标称温度规定的TCD晶体腔平2.2.4 标准允差。在20C和额定电压下测得的晶体腔注:该公差与制造工艺有关。2.2.5 老化允差与晶体腔标称温度间的允。老化允差指一定时间内，在20C (如用其它温度，应从SJ/Z90

4、01.1 (IEC 8 1)标准中远择)和额定电压下测得晶体腔平均温度的允许变化偏差。2.2.6 温度波动当TCD在规定的恒定电压和在工作温度范围内前规定的恒定平均温度稳定后的晶体腔温度最大值和最小值之z。工作时，晶体腔2.2.7 晶体腔温度变化速在很短时间内的晶体腔温度变化与时间的商，系在TCD在恒定电压和在工的恒定环境温度下工作时，晶体腔平均温度稳定以后测得。2.2.8 整个工作温度范围内的晶体腔平均温度变化态条件下测得的整个工作温度范围内晶体腔平均值和2.2.9 减缩系数围内当环境温度在工作范围内按规定变化时，化与相应的晶体腔平均温度变化之比。2.2.10 过冲(量晶体恒温器在工作条件发

5、生迅速变化前后，晶体腔平均温度超过两晶体腔平均极限值的瞬态变化部分(见图1)。2 SJjZ 9158一盯在罄个工作温度范围内晶体应平均温度变化极限蠢姐送崎m剖叫r-一-一-一一 , 一、.度-气电源电压时间圈12.2.10条的图解2.2.11 开关速率在规定的环境温度下晶体腔平均温度稳寇后测得的开关的频次仅用于断续控制的TCDs)。2.2.12 开关周期在规定的环境温度下晶体腔定后测得的开关一次的平均时间仅用于断续控的TCDs)0 2.2.13 占空比i在额定电压和规定的环境温度下测得的加热时间与开关周期之比仅用于断续控制的TCDs)。注:开关速率和占空比均随环境温度和电源电压而变化。2.2.

6、14 升温时间控装置在工作温度范围内的)规定环境温度下工作时，从TCD接通下限电源电压开始到晶体腔温度达到韭保持在晶体腔平均温度、波动、变化速率等的规定极限值为止所经过的时间。2.2.15最大功率TCD在额定电低工作耗入功2.2.16 平均功率当TCD在额定电压和(在工作温度范围内的规定环境温度工作时，在的时间内TCD消耗的平均功率。2.2.17 过温度每摄氏度的热耗散TCD耗散的平均功率除以晶体腔平的一段足。3 S JjZ 9158 87 2.2.18 过温晶体腔标称温度与环境温度之差。2.2.19 温度控制装置的表在温度控制装置外壳上所测得的温度。2.2.20 温度控制装置的热阻温度控制装

7、置晶体腔平均温度与表面温度之差除以温度控制装置所消耗的平均功率。2.2.21 晶体腔温度调整范围当温度控制装置在环境温度范围内规定电压工作时，能够调整的晶体腔平均温度的范围。2.3 使用条件2.3.1 工作温度范围度控制装置能把温度控制在规定的允差范围内的环境温度范围。2.3.2 贮存温度范围贮存、搬动及运输TCD后，TCD仍能按规定指标正常工作的环境温度活围。3 标准值与允3.1 晶体腔标称温度CC:) 50, 55, 60, 65 , 70, 75, 80, 85。注:当增加或改变上述温度时，应考虑51jZ 9152 (IEC 122)标准中列出的温度。3.2 晶体腔温度允差(C)士0.0

8、1，土0.02，土0.05，土0.1，土0.2，土0.5，士1，土2，土5。上述值既可用于总允差也可用于部分允差例如校准公差，波动和老化。一般来说大允差用于总允差和校准公差，而小允差则用于其它的部分允差。3.3 工作温度范围工作温ff范围的上限取决于晶体腔平均温度和恒温器的特性，工作温度范围的上限和晶体腔平均温度之差应从供选择用的值51、，7.5c和10c中选择。工作温度范围下限的标准值为:Oc , -10-c , -20 C, -30:- , -40(; , -55C, -65c。. 3.4 额定电源电压(V). 5, 6.3, 12.6, 20, 24 , 28, 30, 48, 60,

9、100, 115, 125，飞220，230, 240 (直流或交流有效值。3.5 电源电压允差(%)+? + 1. + 1 /) + 10 一2，土5，土10，士20, - -. .L V , _ 15 4 4.1 必须的标志4 地标上下述标志zSJjZ 9158 87 一一1)型号，2)晶体腔标都温度，C J 的额定电压，v (直流或交流有效值)J 4)额定电流，AJ 5)来源标志。4.2 选用的标志为了更详细地了解TCD的其它性能，推荐标上以下几条z使用该TCD的晶体元件的型号和晶体腔平均温度的允量引线连接图，升温时间，控序号。4.3 其它要求应有标记所装晶体的频率的地方。装到TCD中的

10、晶体元件多于一块时，标记晶体频率的地方应用某些方法把各小晶体的给定的安装位置清楚地表示出来。1工1.1 第2温度控制装置应按正常应用固定并接线。试验条件注:用于与温度控制装置相连接的导线，直径应在产品活页规范中给定。制装置的标准环境是用有空气自由循环和腔壁不直接加热的导热良好的密闭试验盒来实现的。这个试验盒的尺寸可以这样来选择，以使温度控制装置和试验盒壁之间的距在任何方向都不小于3cm。温度控制装置应固定在一个与正常使用的板(黄铜底板或印制电路板或相类似的板的中央。该板和试验盒壁之间的距离应不小于O.5cm，用绝热材料来完成板的固定。试验期间的环境温度为试验盒壁的温度。注:如果能证明测量晶体企

11、温度其它方法与上述，那么，也可以采用的其它方法。对具有强制空气冷却或强对流的设备，其试验环境温度条件应在产品活页规范中规定。1.2 晶体腔温度1.2.1 测量晶体腔温度用的感温器应是经过校准的10士0.02MHzAC切型的晶体振子参附录助。该振子应装在和TCD所用的晶体盒相同的晶体盒中。TCD用于几个石英晶体元件时，应在一些插座上装上一个或几个感温器而在其余的插座上都装上空盒。这时，晶体腔平均温度就是每个位置的读数的平均值，而总温度偏差是在各个时间和位置上测得的晶体腔温度的最大值与最小值之差。其它的量，可选择感温器在任意位置时测得的温度最大5 SljZ 9158 87 小值。自从IEC314号

12、标准出版以来，己能得到小型晶体盒型号(CK、CB、EB)的晶体元件。在这些晶体盒中，10MHz感温器晶体的应用是不可能的。因此，现把图4所示的20MHzAC切测温晶体用于TCDo1.2.2 用经校准的晶体元件测量晶体腔温度时应该注意下述几点z1)振荡辑网络既可装在环境试验箱里面也可装在外面。不管装在里面或外面都要相当注意，使温度变化对振荡器附影响或者晶体和振荡器间连接导线参数的改变不会过于影响测准确度。2)晶体激励电平应保持在符合精度要求的低电平上。3)所用频率测量装置其分辨能力应能满足所要求的精度等级。4)每一个晶体元件都要用与之相配的振荡器以及连接导线加以校准。对于每种不同类型的待测TCD

13、都应在适当温度下，选择对这一组合的校准。5)校准f自晶体元件及其振荡器和频率测量装置都会随时间而变化。因此，应该考虑在某一段时间问喃内进行测量时这些变化对TCDs的测量结果可能产生前影响。6)有许多因素.如连接导线的直径、长度和材料，所用插座内类型都是影响整个TCD性能的因素。如有要求，这些因素都应予以考虑业在有关的活页规范中加以规定。1.2.3 如果能使所测结果和上述测量方法所测得的结果有相互关系，也可以使用其它方法测量晶体腔温度。1.3 最大功率使TCD达到规定的最低工作温度.业保持此温度直至达到热平衡。然后，加上额定的电电压业测量功率。对于断续控制的温度控制装置，应在接通期间测量输入功率

14、，且不超过规定的最大功率。1.4 升温时间使TCD达到最低规定工作温度盘保持此温度直到达到热平衡为止。然后，加上规定低电源电压，盘记录晶体腔温度(参看本章第1.2条。TCD加上下限电源电压的瞬间和晶体腔温度达到亚保持在规定的晶体腔平均温度、披动、变化速率等极限范围的时刻，这两个时刻所经过的时间不应超过规定的升温时间。可以对其它的规定工作温度进行重复测量，其升温时间不应超过规定的极限。1.5 平均功率使环境温度达到规定工作温度值，并对TCD施加额定电压。达到热平衡后，应在相当长一段时间内记录输入功率对断续控制的TCD，平均时间不小于三个完整的开关周期。1. 6 过温度每摄氏度的热耗散可以从平均功

15、率和晶体腔温度与工出升温1C的热损耗。1.6a TCD的热阻在与1.5条相同的条件下测量TCD的表面温度。6 SJjZ 9158 87 TCD曲热阻由晶体盒平均温度与TCD表面温度之差除以平均功率表示。1.7 开关周期仅适用于断续控制的TCD)在某一规定的工作温度和规定的电源电压下，在晶体腔平均温度稳寇以后，至少开吴三次测得的平均开夫时间。1.8 开夫速率仅适用于断续控制的TCD)按上面第1.7条测得的开夫周期的倒数即开关速率。1.9 占空比(仅适用于断续控制的TCD)工作周期的测量可结合第2草1.7条的测量选行。在某规定的工作温度晶体腔平均温度稳运以后，测量一个开天周期和一个加热周期的持续时

16、间。加热周期与开关周期时间之比即为占空比。此值不应超过规定的极限值。1.10 在固寇的工作温度时的晶体腔温度特性工作温度要在规岸的极限内。电源电压要保持额定值。在晶体腔平均温度达到热平衡之后，进行下述川县。应在足够长的时间范围内测量晶体腔温度特性断续控制的TCDs不应少于开羔三次。可在有美活页规范规寇的任何条件下重复道行腔温特性的问凰。1.10.1 晶体腔平均温度在上面规定的条件下，测量韭记录晶体腔瞬时温度见本章第1.2条)。根据这些数值计算出晶体腔平均温度，其值不应超过规寇的极限。1.10.2 温度波动第1.10.1条测得的最大与最小值之羞即为温度波动，其值不应超过规寇的极限。1.10.3

17、晶体腔温度变化速率据1.10.1条的测量结巢，计算晶体应温度变化除以此变化所经过的时间，取其商之最大值，该值不应超过规寇的极限(时间取的长短与所薯的测量精确度一致。1.11 在工作温度范围内晶体腔平均温度的变化使TCD达到规寇的最低工作温度并在此温皮下达到热平衡。电掘电压保持在额定值。后，在工作温度范围以内不断提高工作温度，升温速率要保证使TCD内部达到热平衡。这时，连续记录或者以不大于10c的间隔间断地记或下晶体腔平均温度。晶体腔的平均温度奕化不应超过规定的极限。可以在活页规范规寇的任何条件下重复进行上述问且。1.12 减缩系数当环境温度在工作范围内按规寇蛮化时，该环境温度变化与相应的晶体腔

18、平均之比。减缩系数可从1.11条的测量结呆中导出。其值不应超过规寇的极限。注:所得出来的温度特住不会是线性的。因而要注意使减缩系款和获得最小值的温度间隔相对应。1.13过冲工作温度在规定的极限范围内，电源电压保持在额寇值。在开始测量之前，先使晶体腔温庭达到热平衡。当工作条件工作温度或电源电压捺寇的较快的速庭变化时，就会使晶体膛平均温度产生瞬时变化。应将比变化记录下来见，本章1.2条。其值不应超过规寇的极限。、7 SJjZ 9158一盯.L . 1.14 信号发生装置进行上述各种测量时，如使用了信号发生，应按有关活页规范的规定工作。2 压应在SJjZ9001 87(IEC 86号标准规定的试验用

19、标准大气条件下进行。2.1 概述测量之前，TCD应工作一段时间以使晶体腔平均温度足够稳定。试验时应断开电源。这两项测量都应按下述各种接法进行za)在以金属外壳、框架或类似结梅的部件为一端，和以连在一起的所有不接地端为另一问之间测量，的在以加热器以及连接在一起的有关引线为一端，其它引线与金属外壳、框架或类似结构的部件连在一起为另一端之间的在各不接地端之间阴旦。注:对某些TCDs，感温器可能与框架连接，而在其官场合下加热器绕组的一端可能与半导体器件连接，这样试验时必需相当小心。按上述任一种接法连接时，应只进行某些适当的试验。若规定在一项或几项环境试验之后进行这些测量并把所测的结果与进行环境试验前的

20、测量结果相比较时，则这2.2 耐电压对本章2.1条的接法按下述规定的耐压标准耐压值为E下进行。对低压加热器峰值电压不超过34V)为5倍工作电压s对市电加热器，应遵守安全规则。加上上述试验电压时，不应有击穿或跳火现象。2.3 绝缘电阻。按时，的，c)三种接法加100V电压1min测量绝缘电阻。其值不应小于规定值。比项试验应在耐压试验后(按同样的接法立刻进行。S 晶体元件3.1 电容量下列电容=a) TCD上连接晶体振子用的每对引线之间，对多电极振子，则在每一对可认为是两电极振子的连接引线之间，b)每个接端与连接到金属外壳、框架等结构件上的其余接端之间。注:进行这些测量时，TCD内不装晶体元件。测

21、量应在远低于该种连接的谐振频率的频率上进行。电容值应符合规定要求。3.2 电感将在恒温器内每个晶体振子的一对连线短路口才多电极晶体振子，则将可以认为是两电极晶体振子均每对连线短路。然后测量相应接端间的电感，其值应符合规定要求。8 SJjz 9158 81 w 3.8 电阻按本章3.2条的接电阻。其值不应超过规定。4 机械、气候和耐久性4.1引本章第3条的测量方法能够在公认情况下判断TCD工作特性和电特性。而TCD在经过一段使用期之后保持这些性能;il能力，则要通过若干试样经受SJjZ9001 (IEC 68)标准规定的机械和气候试验以及下面规定的耐久性试验来评寇试验顺序和严酷度与SJjZ915

22、2.1(IEC 1221号标准对晶体元件的规定基本相同。试验后，试样应能满足工作特性和电性能的要求。在附录A中规定了所有可能要做的鉴定试验的一览表。可以作为起草某一具体型号的TCD鉴定试验项目表时用的核对单。起草时必须考虑下述各点z功能和电性能要求B的试验及其顺序试验一览表)J 试验的严酷度，证样品是否通过了试验，试验后要测量的内容，被试样品数量，各批的分组以及允许的不合格品数。的TCDs不应用于设备中或者回存到供应仓库。4.2 耐久性试验4.2.1 标准环境TCD在试验用标准大气条件下断续工作总时间应为1000ho每一个工作用期是:TCD加额定电压血。然后断开电源O.驰。在250h，500h

23、, 750h和在试验结束后按本章第1，2 , 3各条测量TCD:由工作特性。其结果应满足工作特性的规定要求。情页规范也可以规定该测量值与试验前测量值之差，应不超过规定极限。4.2.2 冷贮将TCD罩于贮存规定的极限内。下限至少24h。然后按本章1.10条选行试验，晶体应平均温度应在4.2.3 热贮存试验将TCD置于贮存温度上限至少24h。然后按一规定的极限内。4.3 故障条件连将晶体恒温器控制装置断路-短路或其它损坏，加到力日热器上。.10条逃行试验，晶体腔平均温庭_i立在晶体恒温器接通电源后，率使晶体但温器在电源电压上限韭话动作或者晶体恒温器外表面高工作温度条件下工作直至安全装置如呆有的来为

24、止。在边行这种试验时，晶体恒应冒烟。其外表面温度不应超过有关活页规泊坦起值。9 SJjZ 9158 87 带有可复原安全装置的晶体恒温器，这种试验可注:对于有安全装，当其安全装置动作以后，5 件5.1 尺寸应符合规定值。5.2 TCD用良好的现行工艺制造。5.8 标志应清晰耐久。出次进行。面温度。5.4 若无其它规定，金属壳晶体元件用的TCDs应有使其金属壳接地的装置。10 Al 定义Al.l 型号SJjZ 9158 87 附A 的-融建议一种型号包括具有相同设计特征用相同的技术制造的TCDs，这些TCDs的各项额定值皆在产品的正常值泪围内。注:者对试验结果无显著影响，则安装附件可不予考虑。额

25、定值包括:a)工作特怯;b)电佳能指标zc)尺寸;。环捷条件。额定值的极限范围应由供需双方协商一致。Al.2 鉴定试验某种TCD的鉴定试验是指对代表该型号的若干样品进行的一系列的完整试验，其目的在于确定某个制造商是否具有生产满足规范要求的TCD的能力。Al.3 鉴定批准鉴定批准是由有关机构需方自己或其代理人作出的，确认某一制造商有能力生产相当数量满足规范要求的该型号产品的决定。A2 目A2.1 供求双方应对试项数值的范围。许的失效数取得一致意见。样品应能代表该型号产品的各注:有时为了部分鉴定批准，可以局部的或对A2.2 所有样品应按下述次序进行各项试姐。试验.poI):fJ、fli:_?币4主

26、.吁4口BSJjZ 9001 ( 外观检查5 工作特性1 晶体元件连接*3 压2.2 绝电阻2.3 撞日振动F 的机械试验U *鉴定试验样品多于6个时，11 SJ/Z 9158 87 一-A2.3 然后将TCDs分为三组。各组的全部TCDs按下述次序进行各项试验。、，。二试国关唱EE。VA nHU 试验组焊接(必要时T 干热B 湿热，加速，第循环D 冷A 低气压h在干热B 、湿热，加速，其余循环D 温度变化N 绝电阻2.3 工作特性1 第组热，长期C 电阻2.3 工作特性1 件4.3 飞三组寿标准环境试验冷贮热贮存工作特性4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.8 1 一12 SJjZ 915

27、8 87 附晕BAC切测量晶体制造Bl AA型盒的晶体a)切角:30030:士5, 的毛坯直径:12mmJ 的表面加工:用约3000目化镜中腐蚀lmin，d)电极直径:7mm, e)电极材料z金，。总的被囚频率s约200kHz，g)装配图z见图BIJ的元件应充以干燥的氮气。用导电胶粘合软焊料的A1203磨2.0 到10.200MHzJ然后在饱和的二 7.0 。- 单位:mm 图BlAA型盒比例2I 1) B2 BC和CX(X) 的a)哲j角I30030士5J13 SJ/Z 9158 87 的毛坯直径:8mm，两面倒边，屈光度24.边宽0.5mmJ。表面加工z用约3000目的筛于筛过的Alz03

28、磨料磨到10.100MHz，然后在饱和的二化镜中腐蚀lmin，的电极直径I4mm，两电极引带成1200，e)电极材料z金，。总的被回频率:100kHz, g)装配图s见图B2和图B30h)元件应充以干燥的氯气。电战粘合 4; .0 圈B2BC型盒比例2:1) 8. 4.0 用导电胶粘合料图B3CX (X)型盒比例2I 1) 注:所有14 、 位:mm 。 位:mm SJ/Z 9158 87 B3 EB型盒的a)切角:30030士5, b)毛坯直径:5mm, 。表面加工z用约3000目的筛子筛过的Alz03研磨，用饱和二氟化锻腐蚀1min，d)电极直径:2.5mm，两电极引带成1200，的电极材

29、料z金，。总被囚频率z约200kHz，g)装配图z见图B4，h)元件应充以干燥的氯气$1) 用导电胶粘合科5. 2.5 圄B4EB型金(比例4: 1) 15 SJ/Z 9158 87 一-第3章石英晶体元件用温控装置使用指南*1冒l本章是应部分生产者和使用者对晶体元件温度控制装置使用控装置能发挥最大的作用。虽然有可能用温度控制装置控制晶体元件度控制装置晶体的温度被稳定在规定值上。写的指南，以使温度的影响，但下列因素会干因为这种温度控制装置，它们不能完全消除温度变化，盘且有一定的生产误差，因而根据晶体元件的各种用途，必须认真考虑其热特性。另外，温度控制装置的电性能和机械特性有很大的差别取决于设计

30、)，要选择一合适度控制装置则必须仔细的加以考虑。2 范围本文不能对温度控制装置进行详细的理论推导，也不可能将所有的实际问题都涉及到，而是叙述了温度控制装置的基本特性，盘且指出了如何确定这些特性与晶体元件特性有联系终性能。因温度控制装置的某些具体的特性是相互关联的，所以在实际中不可能达到指南讨论的特定组合的特性。因而应尽可能地利用现有的产品活页规范。标准产品活页规范，如SJ/Z9158 (IEC 314)或各国家标准的活页规范或具体制造商发布的数据资料应针对市场上买得到的产品。其组合特性应选择尽可能使之适合于多种用途。因为存在很多种差别不大的型号是不经济的而且也限制了互换性，最好使用几种标准型号

31、的温度控制装置，这特别是因为很容易得到适合于这些温控装置使用的标准晶体元件。S 晶体元件用的应.1寻!温度控制装置的作用是使装在其腔体中的-个或若干个晶体元件保持在某-规定的恒定温度上(见图1)温控装置根据其热特性、电特性和机械特性来评定，而与其温度稳定的方法无关。下文中把通用的名词晶体元件的温度控制装置缩写为TCD，使用最广泛的是过控制加热来稳定温度TCD，通常称为晶体恒温器。*本第3章是IEC314号有准的第次补充，原编号为IEC314A号标淮(1971)16 Sl/Z 9158 87 f余元件温度TaR b , / / / / J / J , f J / / / a , , , , ,

32、, 町-恤潭环境江边度a-不带晶体恒温器Jb-带晶体悟温器JTaR-工作温度范围图1晶体元件温度与环境温度的关系3.2 性能与3.2.1 概述晶体恒温器晶体腔温度也有一些变化见图幻，这种变化虽然很小，但却使放在里面的晶体的频率也产生相应的变化。17 SJjZ 9150 87 -一二司4品r E G TaR EUA TaR b, 8 , a. b. 环槐-环境温度a-晶体腔温度随坏境温度线性变化，al-文补偿，a2-过补偿b-晶体膛温度b1-大补帘b2-过补境温度非线性变化，Tcm-晶体膛平均温度sTaR-工作温度范围，-工作温度范周内晶体腔平均温度的变化圈2典型的晶体恒温器特性为了满足所要求的

33、频率允差，晶体及其相配恒温器的特性要综合起来考虑。为此，对晶体恒温器以及晶体的主要特性说明如下。考虑晶体元件和晶体恒温器的热特性，作为一级近似，晶体恒温器中晶体频率的相对变化等于晶体腔温度变化和晶体温度系数Tcf的乘积。由晶体元件老化所引起的频率变化必引起的频率变化分别计算。如果晶体元件频率温度特性曲线的翻转点即最大或最小点，见SJ/Z9152.2 87(IEC 122 2)标准第3章第3.4条与工作温度一致(对温控型的晶体元件，为与晶体腔平均温度一，致)，则晶体元件由于温度变化所引起的频率变化就减至最小。例见图3。18 SJjZ 9158 87 60 ，f-可o一十一/，rE-5巳立一f f

34、 r-45匕匕1-1-!l l100I l l I , 1 I I I I t , 1 I I 工作温度范围内晶体腔平均温度的变化TaR 环境温度。cs s 20 。一20-40 -61 -80 -100 -120 -14.0 UAUAUnUAUazaaTqaU向un总-一-11KE-，。FXII-A可环境温度一-。一一一20 : 40 60 70 oc TaR 20 0 20 4o 6070 TaR-I 左国一一晶体元件的频率温度特性，右上图一一晶体恒温器特性，右下图一一置于恒温器中的晶体元件的频率温度特性sTaR一一工作温度范围图3工作在恒温器中的晶体元仲频率变化的减缩左图曲线ta表示具有

35、最小频率变化且翻转点在环境温度泡围内，相对位置适当的非晶体元件的频率温度特性。但是，当这种晶体在恒温器中较高温度工作时就会产生很大的频，如有下图曲线ta所示。左图曲线Ub表示在恒温器中理想工作的晶体的频率温度特性，恒温器的温度特性如右上图。右下图曲线ttb表示当这种晶体在这种恒温器中工作时大为改善的性能。但实际上，晶体翻转点不能严格地固定在某一规定的温度上，世且，有的切割类型的晶体，其翻转点限于某一温度范围内。所以，使用晶体恒温器必需考虑到所用晶体的温度系数Tcf在晶体腔温度整个变化范围内要小于某一规定的最大值。这种晶体的典型曲线最符合普遍实用的条件如图3曲线c。除考虑、晶体元件的分散性外，还

36、必需考虑到某系列恒温器中晶体腔平均温度的分散性。这说明z在实际上，供在较宽的环境温度范围内工作而设计的晶体元件，当使用在TCD中时未必能得到好的结果。某些要求频率极为准确的场合，要分别考虑影响晶体腔温度的各种因用。3.2.2 影响晶体腔温度的各种因素恒温器晶体腔标称温度的选择是根据恒温器的工作温度范围而定的，该温度范围通常不同于整个设备的规起工作温度范围。比如说，只是通过加热来工作的TCDs，其标称温度要19 SJ/Z 9158 81 一选得略高于预定的最高工作温度(例如高5C)0 TCD的特性说明晶体腔平均温度与环境温度的依赖关系见图2)。由用户规定的恒温器晶体腔平均温度值晶体腔标称温度只能

37、在某一预定的腔温校准公差范围内调节。腔温变化是由于z一一环境温度的变化，一一工作电压的变化，一一老化现象主要是因为感温器的长期变化)J 一一调整过程，它通常引起腔温波动。在20C和额定电压下的晶体腔平均温度校准公差和老化公差一方面对晶体腔标称温度的固定偏差提供了极限值，另一方面又对其缓慢变化的偏差提供了极限值。某些要求频率极为准确的场合，这两种作用的影响通常能由晶体频率的周期性牵寻1现象所消除(见SJ/Z9152.2即IEC122-2号推荐性部标准第3.6.3条。3.2.2.1 工作温度范围内的晶体腔平均温度变化工作温度范围内附晶体腔平均温度变化对频率的影响基本上不能消除。环境温度范围内的晶体

38、腔平均温度变化近似为工作温度范围与减缩系数的商或工作温度范围与晶体恒温器控比的积(控制比为减缩系数的倒数。这样计算工作温度范围内晶体腔平均温度变化时，必须注意到恒温器的减缩系数基木取决于在工作温度范围内恒温器工作点的位置。减缩系数的代数符号可以是正的、负的，也可以是正负交变的呢!图3)。3.2.2.2 晶体腔的温度波动温度波动是晶体腔19一种特性，不能从中直接导出使晶体元件产生的频率变化。温控面与晶体盒之间的空气，以及晶体盒内壁与晶片之间的气体或真空掏成了与晶体盒和晶片的热容量相沟通的两个热系统。用滤波系统使温度波动消除得越好、越平滑，恒温器的开关速率就越高。另一方面，较高的开关速率也带来了缺

39、点z如果有开关触点，则磨损较快。因此，由恒温器温度波动造成的晶体频率变化很大程度上取决于晶体频率、设计、所用的气体或真空的情况，以及温度波动的振幅和持续时间。还必需指出，温度波动不是固寇的而是受所施加电压和环境温度前双重影响的。对各种具体的应用场合，用户在酌定某种TCD是杏适用时必需考虑到这些因素。3.2.2.3 晶体腔的温度变化速率腔温波动的振幅和恒温器的开关速率决寇了腔温变化速率，它是计算腔温波动对晶体元件频率响的又一种方法。用户应该注意z由于腔温的变化速率，频率变化会比根据稳态晶体频率一一温度系数特性和恒温特性确定的频率变化要大。这是由于在石英片上存在着温度梯度，在某些要求率极为稳定小于

40、1X10-7)的场合，这种影响可能是重要的蓝需要予以考虑。关于有关这个问题的进一步情况，建议用户向制造厂了解。3.2.2.4 升温时间有关温度波动的说明也适用于升温时间或升温速率。晶体元件的频率达到其规定的公差20 s;r /Z 9158 81 一所需的升温时间一般要比恒温器晶体腔温度的升温时间要长。3.2.3 电源一般来说，最大功率为最太加热功率与最大加热功率下控制电路如果有的话的功率的和。借助于每单位温升的热损耗即每升温lOC所消耗的加热功率可以计算出工作温度范围内任一瘟度的平均加热功率，因而也就可以设计出需要的电源e3.2.4 除上述参数外，还有一些因素，其重要性因应用场合的不同而异。所

41、附的产品活页例给出了应予考虑的各种参数恃性。因这些参数有寇的物理和技术上的相互联系，所以必需从多方面考虑，必要时应由生产厂说明。3.3 订货资料如果订的是结构已知的恒温器，应包括下列基本项目z一一恒温器的结构，一一晶体腔标一一工作温度范围，一一工作电压。的类型由生产厂定，应规定下列项目=一一所用的晶体盒，一一晶体腔标称温度，一一工作温度范围F一-允许的晶体腔温度与据称值的偏差如有必要，应说明有关晶体腔温度的具体求)J 一一工作电压，一一对某些特殊应用场合有必要列入的其它参数按产品活页规范。如果生产广要提供装有晶体的晶体恒温器，还要对晶体提供以下补充数据z一一标称频率或标称频率范围，允差如有必要

42、，应说明具体要求)J 一一电路数据，负载能力，一一激励电平，一一特殊要求如果有的话)J 一一标志。3.4有关安装和布线的说明3.4.1冒i晶体恒温器规定的全部参数都基于在不流动的空气中工作。如果晶体恒温器装在不符合这一基准条件的部件中例如空气对流或偶然的热辐射)，就会使晶体恒温器的热性能产生很大变化。3.4.2 辅助装置断续型晶体恒温器的工作，需要继电器或灯泡等外部元件。对于所用的全部元件电器、接点温度计)，其电压和电流一定不要超过其额定值。21 SJ/Z 9158 81 通过接点的负载小，接点寿命就长特别是开关速度高时)，也减小了打火花对通设备的干扰。另外，可以使用设计得当的灭火花装置以得到

43、更好的效果。3.4.3 TCD对晶体元件电性能的影响TCD对晶体元件电性能的影响是不可忽视的。特别是要考虑TCD基座与晶体元件间的引线电容构成了晶体元件负载电容的很大一部分。一方面为了使这些杂散电容减到最小，另一方面为了使晶体腔沿着这些导线产生的热漏减到最小，这些引线的直径应尽可能小。由于这些引线的电阻加到了晶体元件上，往往使晶体阻抗显著增加。在某些频率范围内，这些引线的电感也是很讨厌的，就象是在多位置TCDs中附加的杂散电容那样，特别是当这些杂散电容因TCD内的晶体数而异时。为了从TCD和晶体组合中得到最佳性能，这两个因素要通盘考虑。4 TCDr艺技术4.1 基本考虑使晶体腔温度保持在某一恒

44、定温度上的问题大体上可以用三种途径, 相对于环填温度范围，标称温度选用三个基本的相对阳且:I a)标称温度高于最高环境温度，晶体腔的热损花通过自动控制的加热系统来补偿。的标称温度低于最低环境温度，晶体腔的热增加通过自动控制的冷却系统来抵消。c)标称温度在环境温度范围内，综合的与的两种方法进行温控。由于b)法工作温度较低，晶体元件的老化速率也低。与的法相比较，。法所需的功率显著减小。的法和c)法日前大多不采用了，因而下面仅讨论使用的法的晶体恒温4.2 晶体恒温器布局恒温器结构如!到4(金属的)，外罩传热性能好，加热槽体围绕着晶体腔，如有可能，加热部件一般直接装在加热套的外表面上。感温器力日在加热

45、套的上面或内部适当点上。加热部件与外罩间用绝缘层隔开。4.2.1 由于加热槽体具有良好的导热性能，使其内壁与晶体腔的交界面被控制面具有很高的温度均匀性z其热容防止了其外表面的突然温度变化或环境温度变化传导到晶体腔中去，亦即使热波动或热冲击减弱。, 4.2.2 控制加热功率的感温器一般为z一-_xv但由恒温继电甜一接点水馄温度计，一一热敏电阻怖。双金属恒温继电器简单但不精密。因接点的负荷能力较高，力日热功率一般可直接通断.接点水银温度计精度一般比双金属恒温继电器高，因而可做成高精密晶体恒温器，但其接点的负荷能力低，通常需要使用继电器或放大器辅助电路。这种接点水银温度计的缺点是机械敏感性过高，特别

46、是当工作过程中有热冲击时。热敏电阻器主要适用于连续控制温度的感温器。热敏电阻使温度的调整很精确，特别是安装在电桥电路中配上适当的放大叩叫。4.3 控制温度的型式22 SJjZ 9158 81 。 .0 e 因4晶体恒温器布局图1-外套;2-晶体腔;3-晶体盒;4-晶体拨子;5-加热套;6-加热器绕组;7-加热器引出端;8-晶体引出端;9-电绝缘体;10-热容和热导体;11-热绝缘体;有所谓断续控制的恒温器开与关两点调节和连续控制的恒温器两种。4.3.1 在断续控制的恒温器中，感温器用下述方法调节热补偿z器温度低于控制温度开美温度)，加热功率源接通。过一段时间后，感温器温度升高，超过控制温度时加

47、热系统就断开。由于周围的热损艳，这个过程反复进行。图5说明了某种型号TCD的简明工作机理。可以看出，由于恒温器和感温器有热时间常数，以脉冲形式进入的加热功率变形为近似正弦热波，热波相对于加热功率有相位移，感温器平均温度比环境温度变化滞后一起的数值，以适当的调节热补偿。传到感温器的热波，沿其路径到达晶体时更平滑了.23 N 4 环境温度愚应器温度功率a-环境温度范围的中图5一一- 一-一-b一环境温度范围之高-。-环境温度范围之端-工作温度范围t限瞬时值工作温度范围下限升时升温时间时开关断时开关通时温器平均平均加热功率时断续控制的晶体恒温器的感温器温度、平均加热功率与环境iE庭的关系度度a SJ

48、jZ 9158 87 十-一如果用在需要更精密的地方，可以加用热滤波元件使晶体处的热波动进一步减小。按感器的位置，工作温度范围内晶体腔平均温度的变化可与感温器平均温度的变化相同或相反.一种有踵的ti续控制调节装置的变型是换态晶体恒温器。这种恒温器的控制面用一种专门选择的低熔点化合物层构成，升温后，其里层呈国态s外层呈液态。从固态转换为液态导致体积增大，利用一膜片即可控制加热功率据的通断。所加，可热量用固态和液态物质的交界面来表示，熔解所需要的洁、热提供了高效率均缓冲作用。4.3.2 在连续控制捕恒温器中，流过连结iJiS加热电流，电流大小由放大器和感温器边行连，也:加热功率刚好补偿晶体腔的热损福。连续控制的晶体恒温器没有触点装置，不会产生失灵或引起电流脉冲。但是，其调节电路比断续控制的晶体恒温器复杂。25 SJjZ 9158 87 A 的特性恒温器活页规范应对具体型号的恒温器规定出下列指标，如公司说明书包括的z1.说明，2. 设计特点，3. 热指标，4. 电性能指标。A1 说明A1.1 适用的晶体盒A1.2 A1.3 信号开