क्रिस्टल ओवन
क्रिस्टल ओवन तापमान-नियंत्रित कक्ष है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनिक क्रिस्टल दोलक में स्थिर तापमान पर क्वार्ट्ज क्रिस्टल को बनाए रखने के लिए किया जाता है, ताकि परिवेश के तापमान में बदलाव के कारण आवृत्ति में परिवर्तन को रोका जा सके। इस प्रकार के दोलक को ओवन-नियंत्रित क्रिस्टल दोलक के रूप में जाना जाता है (ओसीएक्सओ, जहां "एक्सओ" "क्रिस्टल दोलक" का एक पुराना संक्षिप्त नाम है।) इस प्रकार का दोलक क्रिस्टल के साथ संभव उच्चतम आवृत्ति स्थिरता प्राप्त करता है। वे प्रायः रेडियो ट्रांसमीटर, सेलुलर , सैन्य संचार उपकरण, और सटीक आवृत्ति माप के लिए आवृत्ति को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।
विवरण
उत्पादित आवृत्ति को सटीक रूप से नियंत्रित करने के लिए इलेक्ट्रॉनिक दोलक में क्वार्ट्ज क्रिस्टल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। आवृत्ति जिस पर एक क्वार्ट्ज क्रिस्टल प्रतिध्वनित यंत्र स्पंदन करता है, उसके भौतिक आयामों पर निर्भर करता है। तापमान में बदलाव के कारण क्वार्ट्ज का थर्मल विस्तार के कारण विस्तार या अनुबंध होता है, जिससे ऑसिलेटर द्वारा उत्पादित सिग्नल की आवृत्ति बदल जाती है। हालांकि क्वार्ट्ज का थर्मल विस्तार का बहुत कम गुणांक है, फिर भी तापमान परिवर्तन क्रिस्टल ऑसिलेटर्स में आवृत्ति भिन्नता का प्रमुख कारण है।
ओवन एक थर्मली इन्सुलेटेड संलग्नक है | जिसमें क्रिस्टल एक या अधिक विद्युत ताप तत्वों से युक्त थर्मल-इन्सुलेटेड संलग्नक है। चूंकि परिपथ में अन्य इलेक्ट्रॉनिक घटक भी तापमान के बहाव के प्रति संवेदनशील होते हैं, प्रायः पूरा दोलन परिपथ ओवन में संलग्न होता है। एक ऋणात्मक प्रतिक्रिया में ऊष्मा प्रतिरोधक तापमान सेंसर बंद-लूप नियंत्रण परिपथ का उपयोग हीटर की शक्ति को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है और यह सुनिश्चित करता है कि ओवन वांछित सटीक तापमान पर बनाए रखा जाता है। चूंकि ओवन परिवेश के तापमान से ऊपर संचालित होता है, इसके परिचालन तापमान तक पहुंचने के लिए बिजली लागू होने के बाद दोलक को प्रायः वार्म-अप अवधि की आवश्यकता होती है।[1] इस वार्म-अप अवधि के दौरान, आवृत्ति में पूर्ण मूल्यांकन स्थिरता नहीं होगी।
ओवन के लिए चुना गया तापमान वह होता है जिस पर क्रिस्टल की आवृत्ति बनाम तापमान वक्र का ढलान शून्य होता है, जिससे स्थिरता में और सुधार होता है। एटी- या एससी-कट (तनाव-नुकसान) क्रिस्टल का उपयोग किया जाता है। एससी-कट में व्यापक तापमान सीमा होती है जिस पर लगभग शून्य तापमान गुणांक प्राप्त किया जाता है और इस प्रकार गरम करते समय कम हो जाता है।[2] विद्युत प्रतिरोध हीटिंग तत्वों के बजाय प्रायः हीटर के लिए पावर ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जाता है। उनका पावर आउटपुट धारा के वर्ग के बजाय धारा के समानुपाती होता है, जो नियंत्रण लूप के लाभ को रैखिक करता है।[2]
क्रिस्टल ओवन के लिए एक सामान्य तापमान है 75 °C.[3] लेकिन सेटअप के आधार पर 30 – 80 °C के बीच भिन्न हो सकता है 30 – 80 °C ।[4]
अधिकांश मानक वाणिज्यिक क्रिस्टल 0 – 70 °C के पर्यावरणीय तापमान के लिए निर्दिष्ट होते हैं, औद्योगिक संस्करण प्रायः -40 – +85 °C तक निर्दिष्ट किए जाते हैं।[5]
शुद्धता
हीटर चलाने के लिए आवश्यक शक्ति के कारण, ओसीएक्सओ को परिवेश के तापमान पर चलने वाले दोलक की तुलना में अधिक शक्ति की आवश्यकता होती है, और हीटर, थर्मल द्रव्यमान और गरम रोधन की आवश्यकता का अर्थ है कि वे शारीरिक रूप से बड़े हैं। इसलिए, उनका उपयोग बैटरी चालित या लघु अनुप्रयोगों, जैसे घड़ियों में नहीं किया जाता है। हालांकि, बदले में, ओवन-नियंत्रित दोलक क्रिस्टल से संभव सर्वोत्तम आवृत्ति स्थिरता प्राप्त करता है। ओसीएक्सओ की अल्पकालिक आवृत्ति स्थिरता प्रायः कुछ सेकंड में1×10−12 होती है, जबकि दीर्घकालिक स्थिरता क्रिस्टल की उम्र बढ़ने के कारण प्रति वर्ष लगभग 1×10−8 (10 पीपीबी) तक सीमित है [1] बेहतर शुद्धता प्राप्त करने के लिए परमाणु आवृत्ति पर स्विच करने की आवश्यकता होती है, जैसे कि रूबिडियम मानक , सीज़ियम मानक, या हाइड्रोजन मेज़र एक और सस्ता विकल्प एक क्रिस्टल दोलक को ग्लोबल पोजिशनिंग सिस्टम टाइम सिग्नल के साथ अनुशासित करना है, जिससे एक जीपीएस-अनुशासित दोलक (जीपीएस अनुशासित थरथरानवाला ) का निर्माण होता है। एक जीपीएस रिसीवर का उपयोग करना जो सटीक समय संकेत उत्पन्न कर सकता है ( ~30 एनएस यु.टी. सी ~30 एनएस के भीतर), एक जीपीएसडीओ विस्तारित अवधि के लिए की 10−13 दोलन सटीकता बनाए रख सकता है।
क्रिस्टल ओवन का उपयोग प्रकाशिकी में भी किया जाता है। गैर-रेखीय प्रकाशिकी के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रिस्टल में, आवृत्ति भी तापमान के प्रति संवेदनशील होती है और इस प्रकार उन्हें तापमान स्थिरीकरण की आवश्यकता होती है, खासकर जब लेजर बीम क्रिस्टल को गर्म करता है। इसके अतिरिक्त क्रिस्टल में फास्ट लौटने वाले को अक्सर नियोजित किया जाता है। इस अनुप्रयोग के लिए, क्रिस्टल और थर्मिस्टर को बहुत निकट संपर्क में होना चाहिए और दोनों में यथासंभव कम ताप क्षमता होनी चाहिए। क्रिस्टल को तोड़ने से बचने के लिए, कम समय में बड़े तापमान परिवर्तन से बचना चाहिए।
अन्य आवृत्ति मानकों के साथ तुलना
| दोलक
प्रकार* |
शुद्धता** | काल प्रभावन / 10 वर्ष | रेडिएशन प्रति आरएडी | शक्ति | वजन (जी) |
|---|---|---|---|---|---|
| क्रिस्टल दोलक (एक्सओ)[6] | 10−5 to 10−4 | 10...20 पीपीएम | -2 × 10−12 | 20 µW | 20 |
| तापमान क्षतिपूर्ति क्रिस्टल दोलक(टीसीएक्सओ)[6] | 10−6 | 2...5 पीपीएम | -2 × 10−12 | 100 µW | 50 |
| माइक्रो कंप्यूटर क्षतिपूर्ति क्रिस्टल दोलक(एमसीएक्सओ)[6] | 10−8 to 10−7 | 1...3 पीपीएम | -2 × 10−12 | 200 µW | 100 |
| ओवन नियंत्रित क्रिस्टल दोलक (ओसीएक्सओ)[6] - 5...10 मेगाहर्ट्ज - 15...100 मेगाहर्ट्ज |
2 × 10−8 5 × 10−7 |
2 × 10−8 to 2 × 10−7 2 × 10−6 to 11 × 10−9 |
-2 × 10−12 | 1...3 W | 200...500 |
| रूबिडियम परमाणु आवृत्ति मानक(आरबीएक्सओ)[6] | 10−9 | 5 × 10−10 to 5 × 10−9 | 2 × 10−13 | 6...12 W | 1500...2500 |
| सीज़ियम परमाणु आवृत्ति मानक | 10−12 to 10−11 | 10−12 to 10−11 | 2 × 10−14 | 25...40 W | 10000...20000 |
| ग्लोबल स्थिति निर्धारण प्रणाली(जीपीएस) | 4 × 10−8 to 10−11 [7][8] |
10−13 | 4 W | 340 | |
| रेडियो समय संकेत (डीसीएफ77) | 4 × 10−13[9] | 4.6 W[10] | 87[11] |
* आकार और लागत की सीमा <5 cm3 तथा <5 US$ क्रिस्टल ऑसिलेटर्स के लिए, 30 लीटर से अधिक और 40 000 US$ सीज़ियम मानकों के लिए।
** सैन्य वातावरण के प्रभाव और उम्र बढ़ने के एक वर्ष सहित।
संदर्भ
- ↑ Jump up to: 1.0 1.1 "OCXO". Glossary. Time and Frequency Division, NIST. 2008. Archived from the original on 2008-09-15. Retrieved 2008-08-07.
- ↑ Jump up to: 2.0 2.1 Marvin E., Frerking (1996). "Fifty years of progress in quartz crystal frequency standards". Proc. 1996 IEEE Frequency Control Symposium. Institute of Electrical and Electronics Engineers. pp. 33–46. Archived from the original on 2009-05-12. Retrieved 2009-03-31.
- ↑ "Temperature Controller for Crystal Oven". freecircuitdiagram.com. Free Circuit Diagram. Retrieved 2009-11-17.
- ↑ "EKSMA OPTICS - manufacturer of laser components - Oven for Nonlinear Crystals TK7". eksmaoptics.com. Archived from the original on 2012-06-18. Retrieved 2009-11-17.
- ↑ "IQXO-350, -350I Commercial Oscillator" (PDF). surplectronics.com. Archived from the original (PDF) on 2012-03-30. Retrieved 2009-11-18.
- ↑ Jump up to: 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 "Tutorial Precision Frequency Generation Utilizing OCXO and Rubidium Atomic Standards with Applications for Commercial, Space, Military, and Challenging Environments IEEE Long Island Chapter March 18, 2004" (PDF). ieee.li. Retrieved 2009-11-16.
- ↑ "Time and Frequency - Precisely the Way You Need It" (PDF). spectruminstruments.net. Retrieved 2009-11-18.
- ↑ "GPS Time and Frequency Reference Receiver" (PDF). leapsecond.com. Retrieved 2009-11-18.
- ↑ "URSI/IEEE XXIX Convention on Radio Science, Espoo, Finland, November 1-2, 2004" (PDF). vtt.fi. Retrieved 2009-11-18.
- ↑ "Serial DCF77 radio clock Meinberg C51". meinberg.de. Retrieved 2009-11-18.
- ↑ "ETH - IfE-Wearable Computing - Miniature pocket-worn motion sensor with DCF77 clock". wearable.ethz.ch. Archived from the original on 2011-07-06. Retrieved 2009-11-18.
बाहरी संबंध
- Marvin E., Frerking (1996). "Fifty years of progress in quartz crystal frequency standards". Proc. 1996 IEEE Frequency Control Symposium. Institute of Electrical and Electronics Engineers. pp. 33–46. Archived from the original on 2009-05-12. Retrieved 2009-03-31.
- febo.com - Frequency Stability and Accuracy in the Real World
