本申請涉及射頻電路和測試領(lǐng)域，尤其涉及一種用于原子鐘的恒流電離激發(fā)電路。

背景技術(shù)：

光譜燈或電離源是很多原子鐘的關(guān)鍵部件，這些光譜燈或電離源通常是一個玻璃泡，內(nèi)部充有堿金屬、緩沖氣體或注入氫氣，再由一個較大功率的射頻信號進(jìn)行激發(fā)，功率從幾W至幾十W，將玻璃泡內(nèi)的緩沖氣體電離發(fā)光，發(fā)出所需譜線，或進(jìn)而激發(fā)內(nèi)部堿金屬發(fā)出所需譜線。例如銣鐘、汞離子鐘需要一個光譜燈來發(fā)射原子躍遷所需的光譜，氫鐘則需要在一個玻璃泡內(nèi)將氫氣電離，形成一個電離源，然后泄流進(jìn)入微波諧振腔。光譜燈或電離源的電離穩(wěn)定性嚴(yán)重影響原子鐘性能，嚴(yán)重時導(dǎo)致失效。電離激發(fā)電路一般是一個三極管振蕩器，其振蕩功率很容易受環(huán)境溫度、電源電壓等因素影響，進(jìn)而影響電離穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出一種恒流電離激發(fā)電路，達(dá)到改善電離穩(wěn)定性的目的。

本申請實施例提供一種恒流電離激發(fā)電路，包含振蕩器和恒流源，所述振蕩器包含激發(fā)線圈，用于對電離源進(jìn)行激發(fā)發(fā)光；所述恒流源為運算放大器電路，用于為所述振蕩器提供工作電流，使所述振蕩器的激發(fā)功率小于5W、振蕩穩(wěn)定性優(yōu)于1％；所述運算放大器的輸入軌到軌，單位增益帶寬>1MHz。

優(yōu)選地，述振蕩器為電容三點式振蕩器；所述振蕩器包含三極管、激發(fā)線圈、第五電容、基極電阻、第一隔離電感、第六電容、第七電容；所述第五電容為可調(diào)電容，用于調(diào)整振蕩頻率，所述振蕩頻率范圍為10MHz～200MHz；所述第六電容連接所述三極管的集電極和發(fā)射極；所述基極電阻一端連接所述三極管的基極，另一端為振蕩器公共端；所述激發(fā)線圈和所述第五電容串聯(lián)后，一端接所述三極管的集電極，另一端接所述振蕩器公共端；所述第七電容連接所述三極管的發(fā)射極和所述振蕩器公共端；所述第一隔離電感一端連接所述三極管的發(fā)射極、一端接地。

優(yōu)選地，所述振蕩器包含第二電容；所述第二電容一端連接所述三極管的集電極、一端接地。

優(yōu)選地，所述恒流源包含運算放大器、輸入分壓電路、電壓輸出電路、第三電阻；所述輸入分壓電路一端接直流電壓，一端接地，產(chǎn)生的參考電壓連接在所述運算放大器的負(fù)輸入端；所述電壓輸出電路一端接所述運算放大器的輸出端，另一端通過所述基極電阻連接所述三極管的基極，向所述三極管提供基極偏置電壓；所述第三電阻一端接直流電壓，一端接所述運算放大器的正輸入端，使所述第三電阻兩端的電壓分別為所述直流電壓和所述參考電壓、產(chǎn)生恒定電流；所述運算放大器的正輸入端與所述振蕩器的集電極相連接。

作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的實施例，所述輸入分壓電路包含第一電阻和第二電阻；所述第一電阻接所述直流電壓，所述第一電阻和所述第二電阻串聯(lián)接地；所述第一電阻和所述第二電阻連接點的電壓值為所述參考電壓。

作為本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)化的實施例，所述電壓輸出電路包含串聯(lián)的第四電阻、第五電阻、第二隔離電感；所述第四電阻與所述運算放大器輸出端相連；所述第五電阻，用于調(diào)整所述基極偏置電壓。

優(yōu)選地，所述恒流源包含相位補(bǔ)償電路；所述相位補(bǔ)償電路連接于所述運算放大器的正輸入端和輸出端之間。具體地，所述相位補(bǔ)償電路包含第四電阻、第三電容、第四電容；所述第三電容連接在所述運算放大器的正輸入端和輸出端；所述第四電阻一端連接在所述運算放大器的輸出端，另一端串聯(lián)所述第四電容；所述第四電容一端與所述第四電阻串聯(lián)，另一端接地。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包含第一電容，所述第一電容一端接所述直流電壓，另一端接地；

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包含第八電容，所述第八電容一端接所述運算放大器電壓端，另一端接地。

優(yōu)選地，所述運算放大器的電源端通過第六電阻與所述直流電壓相連接。

本申請實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達(dá)到以下有益效果：在激發(fā)電路中加入一個由運算放大器為核心的恒流源，可以維持振蕩電路的電流穩(wěn)定，可有效提高振蕩信號的穩(wěn)定性(振蕩穩(wěn)定性優(yōu)于1％)，從而穩(wěn)定光譜燈或電離源的射頻激發(fā)功率；尤其是運算放大器的運用，使環(huán)路獲得了較高的閉環(huán)增益，使穩(wěn)流效果顯著，明顯提升原子鐘的穩(wěn)定度。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為恒流電離激發(fā)電路的方案框圖；

圖2為三點式電容振蕩器電路實施例；

圖3是本發(fā)明恒流源電路的實施例；

圖4為恒流源電離激發(fā)電路的電路圖實施例。

具體實施方式

為使本申請的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本申請具體實施例及相應(yīng)的附圖對本申請技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護(hù)的范圍。

以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請各實施例提供的技術(shù)方案。

圖1為恒流電離激發(fā)電路的方案框圖。本發(fā)明涉及的是相對較小功率的射頻電離激發(fā)電路，用于功率5W以下場合，頻率范圍從10MHz～200MHz。本申請實施例提供一種恒流電離激發(fā)電路，包含振蕩器20和恒流源10，所述振蕩器包含激發(fā)線圈L，用于對電離源進(jìn)行激發(fā)發(fā)光；所述激發(fā)線圈的電感值范圍為400nH～1000nH；所述恒流源為運算放大器電路，用于為所述振蕩器提供工作電流I，使所述振蕩器的激發(fā)功率小于5W、所述振蕩器電路的不穩(wěn)定性：<1％。

圖2為三點式電容振蕩器電路實施例；具體地，所述振蕩器為電容三點式振蕩器；所述振蕩器包含三極管V1、激發(fā)線圈L、第五電容C5、基極電阻R7、第一隔離電感L1、第六電容C6、第七電容C7；所述第五電容為可調(diào)電容，用于調(diào)整振蕩頻率，所述振蕩頻率范圍為10MHz～200MHz；所述第六電容連接所述三極管的集電極和發(fā)射極；所述基極電阻一端連接所述三極管的基極，另一端為振蕩器公共端Com；所述激發(fā)線圈和所述第五電容串聯(lián)后，一端接所述三極管的集電極，另一端接所述振蕩器公共端；所述第七電容連接所述三極管的發(fā)射極和所述振蕩器公共端；所述第一隔離電感一端連接所述三極管的發(fā)射極、一端接地。所述第一隔離電感的作用是隔交流。

在所述三點式電容振蕩器電路中，三極管V1為振蕩管，第五電容、第六電容、第七電容使電路起振工作。激發(fā)線圈L上部設(shè)置有光譜燈。激發(fā)線圈所耦合的射頻信號使光譜燈發(fā)光。所述激發(fā)線圈的電感值范圍400nH～1000nH，根據(jù)振蕩頻率與所述第五電容C5聯(lián)合選擇，即所述激發(fā)線圈與所述第五電容的串聯(lián)諧振頻率約為所述振蕩頻率，所述第五電容的取值范圍為1pF～5pF。

所述基極電阻的值為0Ω～10Ω。

作為進(jìn)一步優(yōu)化的實施例，所述振蕩器還包含第二電容C2；所述第二電容一端連接所述三極管的集電極、一端接地。所述第二電容為一去耦電容。

圖3是本發(fā)明恒流源電路的實施例，具體地，所述恒流源包含運算放大器11、輸入分壓電路12、電壓輸出電路13、第三電阻R3；所述運算放大器的輸入軌到軌，單位增益帶寬(GBW)>1MHz；所述輸入分壓電路一端接直流電壓VCC，一端接地，產(chǎn)生的參考電壓V_ref連接在所述運算放大器的負(fù)輸入端IN-；所述電壓輸出電路一端接所述運算放大器的輸出端OUT，另一端連接所述振蕩器，輸出電壓Vb，為振蕩器提供偏置電壓；所述第三電阻一端接直流電壓VCC，一端接所述運算放大器的正輸入端IN+，使所述第三電阻兩端的電壓分別為所述直流電壓VCC和所述參考電壓V_ref、產(chǎn)生恒定電流I，輸入到所述振蕩器。

公式1中，VCC的值處于所述運算放大器額定工作電壓范圍內(nèi)，R₃為所述第三電阻的值。恒流源是利用運算放大器的虛短作用工作的，所述輸入分壓電路設(shè)定參考電壓后接于IN-，即設(shè)定了IN+的電壓。由于第二電阻為采樣電阻，將通過所述第二電阻的的電流轉(zhuǎn)換為電壓。所述運算放大器工作在線性區(qū)域時，存在一個工作點，使其正輸入端IN+和付輸入端IN-電壓保持一致。

通過所述第二電阻的電流由兩部分組成，一部分通過所述三極管，另一部分輸入所述運算放大器的正輸入端，后者遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者。

圖4為恒流源電離激發(fā)電路的電路圖實施例。

所述輸入分壓電路包含第一電阻R1和第二電阻R2；所述第一電阻接所述直流電壓VCC，所述第一電阻和所述第二電阻串聯(lián)接地；所述第一電阻和所述第二電阻連接點的電壓值為所述參考電壓V_ref，連接至所述運算放大器的負(fù)輸入端IN-；所述運算放大器的正輸入端IN+與所述振蕩器的集電極相連接。

所述電壓輸出電路包含串聯(lián)的第四電阻R4、第五電阻R5、第二隔離電感L2；所述第四電阻與所述運算放大器輸出端OUT相連；所述第五電阻，用于調(diào)整所述基極偏置電壓。當(dāng)運用圖2所示三點式電容振蕩器時，所述電壓輸出電路連接至所述振蕩器公共端Com，通過所述基極電阻R7連接所述三極管的基極，向所述三極管提供基極偏置電壓，此時振蕩器公共端Com的電壓為Vb，通過調(diào)整第五電阻可以改變Vb直至電路被優(yōu)化。此時，所述第五電阻增加了交流阻抗。通過給對環(huán)境溫度特別敏感的電容三點式振蕩器整潔了恒流電路，使振蕩器的狀態(tài)保持穩(wěn)定，從而降低了電離的不穩(wěn)定性。

優(yōu)選地，所述恒流源還包含相位補(bǔ)償電路；所述相位補(bǔ)償電路連接于所述運算放大器的正輸入端IN+和輸出端OUT之間。具體地，所述相位補(bǔ)償電路包含第四電阻R4、第三電容C3、第四電容C4；所述第三電容連接在所述運算放大器的正輸入端和輸出端；所述第四電阻一端連接在所述運算放大器的輸出端，另一端串聯(lián)所述第四電容；所述第四電容一端與所述第四電阻串聯(lián)，另一端接地。

優(yōu)選地，所述運算放大器的電源端VDD通過第六電阻R6與所述直流電壓VCC相連接。

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包含第一電容C1，所述第一電容一端接直流電壓VCC，另一端接地；

優(yōu)選地，本發(fā)明實施例還包含第八電容C8，所述第八電容一端接所述運算放大器電壓端VDD，另一端接地。第八電容是所述恒流源的去耦電路。

圖4所示實施例的三點式電容振蕩器，與圖2所示三點式電容振蕩器的實施例相同，這里不再重復(fù)說明。

當(dāng)電路啟動時，所述第四電容C4兩端的電壓為0，三極管的基極低電壓，所述三極管V1不導(dǎo)通。當(dāng)所述運算放大器的正輸入端電壓高于負(fù)輸入端，所述運算放大器輸出高電壓，隨著所述第四電容充電，三極管V1慢慢導(dǎo)通，當(dāng)所述運算放大器的負(fù)輸入端IN-電壓達(dá)到V+時，輸出電壓開始調(diào)整，隨后進(jìn)入線性工作區(qū)，此時所述三極管V1電流穩(wěn)定，最終穩(wěn)定在設(shè)定點。

需要說明的是，所述第一隔離電感L1、第二隔離電感L2、第一電容C1，參考商品元器件參數(shù)手冊，選擇其諧振頻率在所述振蕩頻率附近。其他元器件值根據(jù)所述振蕩頻率及具體三極管、運算放大器型號特性確定。

還需要說明的是，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、商品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、商品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、商品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述僅為本申請的實施例而已，并不用于限制本申請。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。