Метрология кварцевого генератора, Какую погрешность частоты вносит схема генератора? Опции

[Reanimator++]

Имеем обыкновенный генератор на инверторе, по схеме Пирса.
Картинка во вложении.
Генераторы вместе с кварцевыми резонаторами помещаем в термостат при 60-70 градусов с высокой стабильностью температуры (~0.05 °С).
Выдерживаем 3 часа для установления теплового равновесия.
Начинаем измерять частоту с течением времени.
Имеем такую картину по изделиям. (вложение 2)
Или такую. (вложение 3)

Вопрос - как оценить влияние схемы генератора на долговременную стабильность частоты кварцевого резонатора?
Цель - отделить резонаторы с долговременной стабильностью хуже требуемой.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Reanimator++]

Reanimator, "любое постоянное смещение" создаётся элементами схемы с неизвестной стабильностью - Вы отдельно, без кварцевого резонатора, эти элементы проверяли? Их характеристики Вам известны?
Основная цель разработки схемы генератора с кварцевым резонатором состоить в создании условий и режимов работы генератора, при которых:
1. Мощность сигнала положительной обратной связи, проходящей через кварцевый резонатор, должна быть минимальной;
2. Долговременная стабильность определяется ТОЛЬКО физическими характеристиками кварца.

'Reanimator++' - в Ваших схемах энергия, которая проходит через кварц, не измеряется и заведомо принимается на веру её оптимальное значение. Вы, как мне кажется, на уровне интуиции это понимаете.

По поводу уровня рассеиваемой мощности - для данного типа испытаний рассеиваемая мощность выбирается исходя из характеристик резонатора, возможно ближе к номинальной. Известно, что старение резонаторов в активном и в пассивном режиме отличается (есть данные в статьях). Наиболее правильными считаются именно испытания в активном режиме.
К сожалению непосредственно измерить рассеиваемую мощность у меня не хватило возможностей, поэтому выбиралась она на основе чужих расчетов и, как вы верно заметили, более на интуитивном уровне.

По поводу стабильности элементов - по резисторам и конденсаторам характеристики приведены в их документации, и если верить расчетам генератора из статей, которые я приводил, то их влияние на результат пренебрежимо мало.
Гораздо более интересен активный элемент. Про него я ничего не знаю. Хорошо что пришли люди, которые в этом понимают, дожидаюсь от них какого-либо вердикта.

Вообще постоянное смещение создается даже механическим зажимом для резонатора. Например, вставлять другой стороной нельзя - емкости выводов немного разные. И даже просто от установки к установке одной и той же стороной частота уже отличается. Очень тонкая это величина.

Сразу уточню, долговременная стабильность счетчика заведомо выше? По поводу интервала измерения хотел узнать, сколько минимально времени необходимо для определения долговременной стабильности? Но вижу у Вас методика не совсем точная, быстрее померить не получится. В идеале хорошо бы посмотреть на график девиации в зависимости от интервала измерения: 0.01 с, 0.1 c, 1 c, 10 c, 100 c ...

Долговременная стабильность опоры на несколько порядков выше. На втором фото внизу можно разглядеть рубидиевый стандарт частоты.
Я понял про какую зависимость от времени вы говорите. Для всех цифр кроме 100 секунд я проводил измерения и везде девиация в точности соответствует методической погрешности d ~ 2 / (fзап * tизм). Частота заполнения, как я уже говорил порядка 200 МГц. 100 секунд не могу измерить, не хватит разрядности счетчиков (32 разряда у меня).
Стенд, кстати, полностью моей разработки.

[VNS]

...Гораздо более интересен активный элемент. Про него я ничего не знаю. Хорошо что пришли люди, которые в этом понимают, дожидаюсь от них какого-либо вердикта.
...Вообще постоянное смещение создается даже механическим зажимом для резонатора. Например, вставлять другой стороной нельзя - емкости выводов немного разные. И даже просто от установки к установке одной и той же стороной частота уже отличается.

Наилучшим активным элементом считаю туннельный диод (ТД). Есть информация, к сожалению, на бумажном носителе.
Кроме активного элемента необходима индуктивность на керамическом каркасе. Если рубидиевый эталон для Вас не проблема изготовить, то с такой катушкой у Вас тоже не будет затруднений.
Для упрощения диалога сообщите доступную элементную базу по названным ТД.
Возможно, нужно проверить конструктив самой платы генератора, если не возражаете...

[rloc]

Наилучшим активным элементом считаю туннельный диод

В чем его преимущества?

[VNS]

В чем его преимущества?

Минимальные габариты и число элементов в схеме с его применением.

[vhk]

Минимальные габариты и число элементов в схеме с его применением.

На картинке схема кварцевого транзисторного генератора и осциллограмма сигнала на базе.
В схеме кварцевого генератора на ТД (реально работающего) такое же кол-во деталей.

[VNS]

Существенным преимуществом ТД является то, что значение максимального значения туннелного тока почти не зависит от температуры.

[vhk]

Существенным преимуществом ТД является то, что значение максимального значения туннелного тока почти не зависит от температуры.

У "классического" биполярного транзистора практически НЕТ "туннельного" тока, и от температуры тоже не зависит. По напряжению питания, данная схема работает и от 1,25 В. Всё таки хочется найти какие либо (разумные, практически полезные) доводы по применению ТД в схемах кварцевого генератора.

[VNS]

...У "классического" биполярного транзистора практически НЕТ "туннельного" тока,
... от температуры тоже не зависит.

У "классичекого" биполярного транзистора "тоннельный" ток вообще отсутствует.
Что не зависит от температуры у биполярного транзистора?

Сообщение отредактировал VNS - Apr 24 2015, 14:28

[vhk]

Что не зависит от температуры у биполярного транзистора?

То, что отсутствует.
Схема на биполярном транзисторе с таким же количеством деталей как у схемы на ТД работает. Всё таки интересен вопрос о преимуществах ТД.

[VNS]

То, что отсутствует.
Схема на биполярном транзисторе с таким же количеством деталей как у схемы на ТД работает. Всё таки интересен вопрос о преимуществах ТД.

ТД меня заинтересовали сначала на уровне интуиции. Потом получилось проверить работу триггеров, генераторов и других элементов на его основе. Я понимаю Вас - сложно поверить в то, чего не держал в руках. Практически полное отсутствие литературы по расчётам схем на ТД, включая и патенты, свидетельствует о их широком применении в аппаратуре особого назначения, как мне кажется...
Электроны туннельного тока двигаются в ТД приблизительно со скоростью света, поэтому время пробега получается чрезвычайно малым. Постоянная времени диода RC от размеров диода не зависит и может достигать значения десять минус двенадцатой степени секунды. Отсюда следует, рабочая частота может достигат десять в десятой степени Герц. В настоящее время, при изобилии качественных "биполярных" транзисторов, ТД морально устарел.
http://www.dioda.ru/tunnel-diode.html

Сообщение отредактировал VNS - Apr 24 2015, 21:36