A kristálykályha egy szabályozott hőmérsékletű kamra, amely a kristályoszcillátorok kvarckristályának hőmérsékletét állandó értéken tartja, és ezzel biztosítja a frekvencia stabilitást, függetlenül a környezeti hőmérséklet változásaitól.

Kristálykályha

Az olyan kristályoszcillátort, melyet egy kristálykályha stabilizál, kristálykályha vezérelt oszcillátornak (OCXO) hívnak. A tipikus felhasználásuk rádióadók, és cellás bázis állomások frekvencia jeladóinál található, ahol igen stabil frekvenciára van szükség.

Működése

Kristályoszcillátorok rezonátora a kvarckristály, amelynek frekvenciája a méreteitől függ. A hőmérséklet változása hatással van a kvarckristályra, kiterjed vagy zsugorodik. A kvarckristály hőmérsékleti együtthatója (hőtágulási együttható) igen kis értékű, de ennek ellenére a hőmérséklet változása hatással van a kvarc méretire, és így a rezgésének frekvenciájára. A kristály-kályha egy termikusan szigetelt kamra, melyben a kristály egy szabályozott hőmérsékletű térben van. A kályhát fűtőelemek fűtik. Mivel az oszcillátor más elektronikus alkatrészei is érzékenyek a hőmérsékletváltozásra, ezért a teljes oszcillátor áramkör a kályhában van. Egy termisztor érzékelő vezérli a fáziszárt hurkot (PLL), mely a fűtőelemeket vezérli. A bekapcsoláskor csak a felmelegedés után áll be a stabil hőmérséklet.^[1] A kályha hőmérsékletét arra fokra állítják be, ahol az alkalmazott kristálynak legjobb a hőmérséklet-frekvencia karakterisztikája. Általában 75 °C,^[2] de ez változhat 30 - 80 °C között.^[3] A kristályokat általában 0 - 70 °C környezeti hőmérsékletre specifikálják, ipari kivitelű kristályok hőmérséklet tartománya: -40 - +85 °C^[4]

Pontossága

Az OCXO oszcillátor rövididejű pontossága: 1x10⁻¹² A hosszúidejű pontosság: 1x10⁻⁸ (10 ppb) egyéves időtartamra. Ennél jobb pontosságot csak atomórákkal (atomóra) lehet elérni. Egy másik változat a GPS-vezérelt oszcillátor (GPSDO = GPS disciplined oscillator). Egy GPSDO pontossága/stabilitása: 10⁻¹³ Kristály-kályhát optikában is használnak. Nemlineáris optikában használatos kristályok stabilitása szintén fontos tényező lézeres alkalmazásokban. A személyi számítógépek órajelének stabilitása 10⁻³. Ha ennél jobb értéket szeretnénk elérni, akkor használható a hálózati idő protokoll (NTP)

Irodalom

• Marvin E., Frerking: Fifty years of progress in quartz crystal frequency standards. (hely nélkül): Institute of Electrical and Electronic Engineers. 1996. 33–46. o.  

Kapcsolódó szócikkek

• https://web.archive.org/web/20090512022233/http://www.ieee-uffc.org/main/history.asp?file=frerking
• http://freecircuitdiagram.com/2009/05/02/temperature-controller-for-crystal-oven/
• Oszcillátor
• termisztor
• Kristályoszcillátor
• Hálózati idő protokoll
• http://www.leapsecond.com/museum/hp58540a/ds-58540a.pdf
• GPS
• Atomóra
• hőtágulási együttható

Források