JP2002135051A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 歩留まりに優れ周波数安定度が高い小型の恒
温槽型水晶発振器を実現する。 【解決手段】 圧電振動子と増幅回路及び可変容量ダイ
オードを有する発振回路と、前記圧電振動子を一定温度
に保つ為の恒温槽と、温度変化に伴う前記増幅回路の電
気的特性の変化により前記圧電発振器の発振周波数が変
動するのを抑圧するよう前記可変容量ダイオードの容量
値を制御する為の制御電圧を出力する電圧発生回路とを
備え、該電圧発生回路が正特性または負特性のサーミス
タを感温素子として制御電圧を制御することにより温度
変化によって生じる増幅回路の電気的特性の変動に伴う
周波数変化を回路的に補償することができるので周波数
温度特性に優れる小型の恒温槽型水晶発振器を容易に実
現することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、圧電発振器に関
し、特に周波数温度特性に優れる小型圧電発振器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、基地局用の基準周波数源には、周
波数安定度が高く更に小型である恒温槽型水晶発振器が
用いられる。一般に恒温槽型水晶発振器とは、環境温度
の変化の影響により電気的特性が変動し易い電子部品を
金属ブロックから成る恒温槽内に収納して一定の高温状
態下で駆動させることにより、電気的特性の安定化が図
られ安定度の高い周波数信号を出力するものである。電
気的特性が変動し易い電子部品としては水晶振動子、発
振用増幅回路があるが、この両者を恒温槽内に収納する
のでは大型の恒温槽が必要となるので水晶発振器の大型
化が避けられない。

【０００３】そこで従来、小型の恒温槽型水晶発振器を
実現する場合は最も温度変化に対して影響を受け易い水
晶振動子のみを恒温槽内に収納し、増幅回路については
水晶振動子による僅かな周波数変化を利用して電気的な
温度補償を行う方法が知られていた。

【０００４】図４は従来の恒温槽型水晶発振器の回路図
を示すものである。同図に示す水晶発振器１００は、コ
ルピッツ型発振器であり、発振用トランジスタ１０１の
ベースに水晶振動子１０２の一端を接続すると共に、ベ
ースに抵抗１０３と抵抗１０４とから成るベースバイア
ス回路を接続すると共に、ベースと接地とを容量１０５
と容量１０６とから成る直列回路を介して接続し、その
直列回路の接続中点とトランジスタ１０１のエミッタと
を接続すると共に、接続中点と接地とを抵抗１０７を介
して接続し、更に、トランジスタ１０１のコレクタと電
源電圧Vccラインとを抵抗１０８を介して接続すると共
に、水晶振動子１０２の他方端を容量１０９を介して接
続するよう構成したものである。

【０００５】このような水晶発振器１００の動作につい
て以下に説明する。尚、発振回路については上述した通
りコルピッツ型であり動作については既知であることか
ら説明を省略する。環境温度の上昇に伴う水晶振動子１
０２以外の発振回路部の総合的な電気的特性の変化によ
って例えば、発振周波数が低下する働きが生じる場合
は、図５に示すように恒温槽の設定温度をその前後の温
度間で水晶振動子１０２の周波数温度特性が正特性であ
る温度Ｔ１に設定する。

【０００６】尚、温度Ｔ０は水晶振動子１０２の周波数
温度特性が極小値となる温度である。一方、恒温槽の温
度は、図示していない温度制御回路によって一定の高温
状態を保つよう制御されているが、実際は環境温度の変
化の影響を受けて図５に示すように設定温度Ｔ１を中間
点とした温度Ｔａ〜Ｔｂの狭範囲内で変化するので、設
定温度Ｔ１とすることにより環境温度の上昇に伴い水晶
振動子１０２によって正特性の周波数温度変化を発生さ
せるができる。

【０００７】水晶振動子１０２による正特性の周波数変
化と水晶振動子以外の発振回路を構成する電子部品の電
気的特性の変動により生じた負特性の周波数変化とが相
殺するので水晶発振器１００としての周波数温度特性は
安定なものとなる。

【０００８】

【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
のような構成の水晶発振器１００では、水晶振動子１０
２が個体間で周波数温度特性にバラツキを有すると共
に、電子部品も個体間で電気的特性にバラツキを有する
ので必ずしも上述したように発振回路部の周波数温度特
性と、水晶振動子１０２による周波数温度変化とが完全
に打ち消しあうよう対称的に一致するとは限らなかっ
た。

【０００９】なかでもオーバートン発振回路等は、コイ
ルのように固体間での電気的特性のバラツキが大きい電
子部品を使用することから発振回路部としての電気的特
性のバラツキ幅が大きくなってしまうことが避けられ
ず、この為、水晶発振器１００として所要の周波数温度
特性が得られない場合があった。

【００１０】本発明は圧電発振器の上記諸問題を解決す
る為になされたものであって周波数安定度及び歩留まり
に優れた小型恒温槽型圧電発振器を提供することを目的
としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明に係わる請求項１記載の発明は、圧電振動子と増
幅回路及び可変容量ダイオードを有する発振回路と、少
なくとも前記圧電振動子を一定温度に保つ為の恒温槽
と、温度変化に伴う前記増幅回路の電気的特性の変化に
より当該圧電発振器の発振周波数の変動するのを抑圧す
るよう前記可変容量ダイオードの容量値を制御する為の
制御電圧を出力する電圧発生回路とを備え、該電圧発生
回路が正特性または負特性のサーミスタを感温素子とし
て制御電圧を制御するものであることを特徴とする。

【００１２】

【本発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。図１は本発明に基づく水晶
発振器の一実施例を示した回路図である。同図に示す水
晶発振器１は、水晶振動子２と、水晶振動子２と共にコ
ルピッツ型発振回路を構成する増幅回路３と、周波数制
御回路部４とを備えたものである。

【００１３】増幅回路３は、発振用トランジスタ５のベ
ースに抵抗６を介して抵抗７、抵抗８、抵抗９とからな
るベースバイアス回路を接続すると共に、抵抗９と並列
に容量１０を接続し、容量１１を介して水晶振動子２の
一端に接続すると共に、この接続点と接地との間に負荷
容量の一部を担う容量１２と容量１３と容量１４とか成
る直列回路を接続し、更に、トランジスタ４のエミッタ
に容量１２と容量１３との接続中点を接続すると共に、
容量１３とコイル１５とを、容量１４と抵抗１６とをそ
れぞれ並列接続するよう構成し、更に、トランジスタ１
７をトランジスタ５にカスコード接続し、トランジスタ
１７のベースを抵抗７と抵抗８との接続中点に接続し、
更に、トランジスタ１７のコレクタを抵抗１８を介して
電源電圧Vccラインに接続したものである。

【００１４】周波数制御回路部４は、可変容量ダイオー
ド１９と容量２０との並列回路のカソード端を水晶振動
子２の他の一端に接続し、ダイオード１９のアノード端
及び、可変容量ダイオード２１と容量２２とから成る並
列回路のダイオード２１のアノード端を抵抗２３を介し
て接地し、更に、ダイオード２１のカソードを容量２４
を介して接地し、抵抗８と抵抗９との接続中点に抵抗２
５とサーミスタ２６との直列回路を接続すると共に、こ
の直列回路の他端を抵抗２７と容量２８との並列回路を
介して接地し、更に、この直列回路の他端とダイオード
２１のカソードとを抵抗２９を介して接続したものであ
る。

【００１５】そして、小型の恒温槽型水晶発振器を達成
する為に、水晶振動子２のみを例えば金属ブロックから
成る恒温槽内に収納する。以下に水晶発振器１の動作に
ついて説明する。尚、発振回路の動作については上述し
た通り一般的なコルピッツ型であるので説明を省略す
る。上述した通り上記のような構成の水晶発振器１は、
小型の恒温槽型水晶発振器を達成するために、水晶振動
子２のみを恒温槽内に収納するので、その他の増幅回路
部３を構成する各電子部品は環境温度の変化の影響を受
けることになり、これにより例えば、この増幅回路３の
電気的特性の温度特性（以下、温度特性と称す）によっ
て発振周波数が低下（負特性）するような働きが発生す
る。

【００１６】一方、温度上昇に伴いサーミスタ２６の抵
抗値が減少するので可変容量ダイオード２１の逆バイア
ス電圧が増加し、これによりダイオード２１の容量値が
減少するので発振回路の発振周波数を上昇するよう（正
特性となるよう）制御する働きが生じる。従って、先の
増幅回路部３による負特性の周波数変化とダイオード２
１による正特性の周波数変化とが対称一致となるようダ
イオード２１による温度補償感度（Δｆ／℃）を設定す
ればそれぞれの周波数変化が相殺し合い、その結果、周
波数安定度の高い水晶発振器を得ることができる。

【００１７】ダイオード２１による温度補償感度の調整
方法としては、サーミスタ２６として所要のＢ定数のも
のを使用する方法の他に、容量２２の値及び逆バイアス
電圧値の設定条件を変更する方法があり、これにより所
要の周波数安定度が得られるよう容易に調整することが
可能である。この調整に伴う周波数ズレに対してはダイ
オード１９の端子間容量を変更することにより補正する
ことが可能である。

【００１８】また、増幅回路３の温度特性によって発振
周波数が温度上昇と共に上昇する働きが生じる場合につ
いては、サーミスタ２６として温度上昇と共に抵抗値が
増加するポジティブタイプのものを使用しても良いが、
その他の方法としては、図２に示すような水晶発振器
１'を使用しても構わない。

【００１９】即ち、図２は本発明に基づく水晶発振器の
他の実施例である。同図に示す水晶発振器１'が特徴と
する点は周波数制御回路部４を抵抗８と抵抗９との接続
中点に抵抗２７を接続し、抵抗２７の他端と接地との間
にサーミスタ２６及び抵抗２５から成る直列回路と容量
２８とから成る並列回路を挿入接続し、更に抵抗２７の
他端とダイオード２１のカソードとを抵抗２９を介して
接続した所にある。尚、その他の構成については図１の
水晶発振器１の場合と等しいので説明を省略する。

【００２０】このような構成とすることにより、温度上
昇に伴うサーミスタ２６の抵抗値の低下によりダイオー
ド２１の端子間電圧が低下するので、これに伴いダイオ
ード２１の容量値が減少し発振周波数を低下させる働き
が発生する。そして、この働きにより増幅回路３の温度
特性による周波数変動が打ち消されるので、周波数安定
度の高い小型の恒温槽型水晶発振器１'を容易に実現す
ることができる。

【００２１】また、上述では周波数調整用と温度補償用
とでそれぞれ個別の可変容量ダイオードを用いた構成を
例にあげて本発明を説明したが本発明はこれに限定され
るものではなく、図３に示すように一つの可変容量ダイ
オードを周波数調整用と温度補償用として併用した構成
したものであっても構わない。

【００２２】即ち、図３は本発明に基づく水晶発振器の
他の実施例を示すものである。同図に示す水晶発振器
１"が特徴とする点は、周波数制御回路部４を可変容量
ダイオード２９のカソードを周波数制御電圧端子ＶRef
に抵抗３０を介して接続すると共に、ダイオード３１に
感度調整用の容量３２を並列接続し、ダイオード３１の
アノードと接地との間にサーミスタ２６及び抵抗２５か
ら成る直列回路と容量２８とから成る並列回路を挿入接
続すると共に、抵抗８と抵抗９との接続中点とダイオー
ド３１のアノードとを抵抗２７を介して接続するよう構
成した所にある。

【００２３】尚、その他の構成については図１及び図２
の水晶発振器と等しいので説明を省略する。そして、こ
のような構成の水晶発振器１"であってもその他二つの
実施例と同等の温度補償機能が得られるので周波数安定
度の高い小型の恒温槽型水晶発振器を容易に実現するこ
とが可能である。更に、以上水晶振動子を用いて本発明
を説明したが本発明はこれに限定されるものではなく、
水晶以外の圧電振動子を用いた発振器にも適用すること
が可能である。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
は、圧電振動子と増幅回路及び可変容量ダイオードを有
する発振回路と、前記圧電振動子を一定温度に保つ為の
恒温槽と、温度変化に伴う前記増幅回路の電気的特性の
変化により前記圧電発振器の発振周波数が変動するのを
抑圧するよう前記可変容量ダイオードの容量値を制御す
る為の制御電圧を出力する電圧発生回路とを備え、該電
圧発生回路が正特性または負特性のサーミスタを感温素
子として制御電圧を制御することにより温度変化によっ
て生じる増幅回路の電気的特性の変動に伴う周波数変化
を回路的に補償することができるので周波数温度特性に
優れる小型の恒温槽型水晶発振器を容易に実現すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく水晶発振器の一実施例の回路図
を示すものである。

【図２】本発明に基づく水晶発振器の他の実施例の回路
図を示すものである。

【図３】本発明に基づく水晶発振器の他の実施例の回路
図を示すものである。

【図４】従来の水晶発振器の回路図を示すものである。

【図５】恒温槽の設定温度を説明する為の図を示すもの
である。

【符号の説明】

１、１'、１"水晶発振器、２水晶振動子、３増幅回路、
４周波数制御回路部、５、１７トランジスタ、６、７、
８、９、１６、１８、２３、２５、２７、２９、３０抵
抗、１０、１１、１２、１３、１４、２０、２２、２
４、２８、３２容量、１５コイル、１９、２１、３１可
変容量ダイオード、２６サーミスタ１００水晶発振器、
１０１トランジスタ、１０２水晶振動子、１０３、１０
４、１０７、１０８抵抗、１０５、１０６、１０９容量

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電振動子と増幅回路及び可変容量ダイオ
   ードを有する発振回路と、少なくとも前記圧電振動子を
   一定温度に保つ為の恒温槽と、温度変化に伴う前記増幅
   回路の電気的特性の変化により当該圧電発振器の発振周
   波数の変動するのを抑圧するよう前記可変容量ダイオー
   ドの容量値を制御する為の制御電圧を出力する電圧発生
   回路とを備え、該電圧発生回路が正特性または負特性の
   サーミスタを感温素子として制御電圧を制御するもので
   あることを特徴とする圧電発振器。