恒溫晶振(OCXO)是高穩定度的頻率元件,因為石英晶體工作在其諧振頻率相對溫度變化率最小的特定溫度下,頻率穩定度指標要遠高于溫補晶振。當然明顯的代價就是體積和功耗了。
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我手上有一個溫控壞掉的OCXO,開機后溫度一直升高到內部振蕩器出問題,于是就把它拆解開,看看里面都有些什么電路。
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帶板的拆機貨,先把PCB拆去。
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由于金屬外殼是錫焊封死的,我無法熔開,就只好破壞性拆開了。臺鉗夾持,上銼刀!
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一個角上銼開口子,然后鉗子烙鐵一起搞:
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最后把上殼分離了,露出電路板。
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再去掉底殼就不難了。里面的晶振還有一層金屬殼包著呢,內層的殼是焊接在PCB上的。
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兩只加熱用的三極管緊貼在內層的殼上,外面用彈性鋼片做了固定。金屬殼上有一個小孔,像是溫度傳感器的兩根引線從那里出來,接到主電路板上。
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分析一下主電路板上的元件吧。
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12V電源輸入串聯了一個反接保護的二極管。上圖紅框這個部分是運放+三極管構成的線性穩壓電路。
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不過運放的輸入端連接到內層金屬殼罩住的那部分電路去了,暫時不能確認全部的功能。
然后,下圖的紅框這部分,是和OCXO輸出端相連的,核心元件有兩只三極管。
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我分析電路判斷為Cascode的電壓放大級。信號是從金屬罩內的振蕩器來的。
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下面圖的紅框是溫度閉環控制,由運放負責誤差放大,溫度傳感器像是熱敏電阻,使得一邊的分壓與另一邊完全電阻分壓達到平衡。這里用了一些SMD的金屬膜電阻,而且有明顯的手工焊接痕跡——我認為這是經過測試trim才確定的電阻值,而且對穩定性要求很高所以不用貼片薄膜電阻。
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運放驅動了兩只MOSFET,用來給內層金屬罩加熱,以達到恒溫作用。
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源極電阻上接了NPN管,用來限制MOSFET的最大電流。
另外上面照片中還有三只金屬膜電阻是和外部電壓控制OCXO頻率有關的。
拆到這里,我加電測試過,的確是溫度閉環不能正常工作,疑似熱敏電阻壞了,運放差分輸入端始終不能平衡。
最后看看OCXO最核心的振蕩部分是什么樣子。在實驗室加熱臺和熱風槍的共同努力下才把內層金屬殼焊下來。
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拆去這個碩大的SC切晶體后,PCB中央是分立的晶體振蕩電路,和前面提到的線性穩壓器用到的穩壓二極管(它也要恒溫用)。
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