JPH03192905A - オーバートーン水晶発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はフィードバックループと、その振幅特性が共振
増幅器の共振周波数の領域でオーバーシュートを有し、
かつ圧電結晶発振器のフィードバックループに配設され
ている圧電結晶発振器とを具えるオーバートーン圧電結
晶発振器に関連する。

（背景技術） 例えば、雑誌フンクシヨウ（ｊｏｕｒｎａｌ　Ｆｕｎｋ
ｓｃｈａｕ）、第２１巻、１９８２年、頁８１〜８２か
ら知られているそのようなオーバートーン圧電結晶発振
器は一般にキャパシタンスとインダクタンスの双方を有
する共振増幅器を具えている。この増幅器の共振周波数
は、それが圧電結晶発振器の所望の高調波の周波数と一
致するようなものである。このように、共振増幅器の共
振周波数の領域の振幅特性のオーバーシュートが利用さ
れている。共振周波数が圧電結晶発振器の所望の高調波
に正確に一致するため、共振増幅器の共振周波数の正確
な調整が必要である。

（発明の開示） 本発明の目的は冒頭の記事に記載されたタイプのオーバ
ートーン圧電結晶発振器を与えることである。

本発明によると、この目的は、共振増幅器の共振周波数
が、発生すべきオーバートーンの周波数と、圧電結晶発
振器の次に低い発振周波数との間にあり、かつ フィードバックループで発生すべきオーバートーンの周
波数領域の信号に対して次に低い発振周波数の周波数領
域の信号、特に、オーバートーン圧電結晶発振器が次に
低い発振周波数の周波数で発振できず、かつそれが発生
すべきオーバートーンの周波数においてのみ発生するよ
うな位相シフトを共振増幅器の信号が有すること、 を特徴としている。

このように、この圧電結晶発振器において、共振増幅器
の共振周波数の領域の振幅特性のオーバーシュートはも
はやこの領域の所望のオーバートーンの発生に利用され
ない。それはむしろフードパックループの位相変化、特
に所望のオーバートーンの周波数においてオーバートー
ン圧電結晶発振器を発振させるために使用される共振増
幅器の位相変化である。この目的で要求され、かつ信号
によりフードパックループ中に保たれる位相変化は一般
に共振増幅器により有利に作動されよう。

本質的に、共振増幅器のため、また発生すべきオーバー
トーンの周波数領域の信号に対して次に低い発振周波数
の信号に対して、そのような共振シフトはオーバートー
ン圧電結晶発振器が次に低い発振周波数で発振できず、
かつ発振条件がもはやこれらの周波数を満足しないこと
をフードパックループで実現すべきである。他方、フー
ドパックループあるいは共振増幅器の共振周波数以上の
信号周波数に対して、信号の位相シフトが無いかあるい
は小さい位相シフトしか無いので、オーバートーン圧電
結晶発振器は発生すべきオーバートーンの周波数で発振
でき、発振条件はこのようにしてこの周波数で満足され
る。

このオーバートーン圧電結晶発振器の主な利点は、共振
増幅器の共振周波数が、発生すべきオーバートーンの周
波数と、圧電結晶発振器の次に低い発振周波数との間に
あるという条件のみを満足せねばならないことである。

しかし、これは相対的に拡張された周波数領域であり、
従って要素の相対的に大きい変動が存在し、それ故、共
振増幅器の共振周波数が異なる場合に、共振増幅器の共
振周波数の調整がもはや必要でない。このようにオーバ
ートーン圧電結晶発振器は何の問題も無く集積化できる
。さらに、圧電結晶発振器の基本発振の確実な抑制は共
振増幅器の共振周波数以下での約１８０度だけの位相シ
フトから生じる。

本発明の別の実施例によると、発生すべきオーバートー
ンの周波数領域の信号が実質的にどんな位相シフトも無
く共振増幅器を通過し、かつ次に低い発振周波数の周波
数領域の信号が共振増幅器で約１８０度の位相シフトを
受けている。もし圧電結晶発振器が、所望のオーバート
ーンに対する発振条件がライ−ドパツクの共振増幅器を
使用すること無く満足されるように実現されるなら、そ
の共振周波数以上でそれが通過する信号に何らの位相シ
フトを発生しないような態様で共振増幅器は有利に形成
される。しかし、共振周波数以下では、約１８０度だけ
の位相シフトが存在し、従ってオーバートーン圧電結晶
発振器はこの周波数領域で発振できない。

本発明の別の実施例によると、共振増幅器の共振を発生
する受動要素としてキャパシタとオーム性抵抗器が備え
られている。１８０度だけの所望の位相シフトを発生す
るために、簡単なＲＣ回路網で十分であり、従ってこの
ＲＣ回路網を含むオーバートーン圧電結晶発振器は以下
に説明する理由で容易に集積化できる。　所望の発振周
波数に対して圧電結晶発振器の次に高い共振周波数でオ
ーバートーン圧電結晶発振を抑制するために、本発明に
よる別の実施例は、共振増幅器と多分圧電結晶発振器の
フィードバックループが、決定されたオーバートーンの
周波数に対して次に高い周波数で１つの利得を有し、そ
れによって振幅利得はフィードバックループの圧電結晶
発振器のフィードバックループ発振周波数の利得より小
さいことを特徴としている。

容易に実現できる本発明によるオーバートーン圧電結晶
発振器の具体的な実施例は、少なくとも２個のトランジ
スタを具えるエミッタ結合圧電結晶マルチバイブレータ
が圧電結晶発振器として配設され、かつＲＣ回路網を持
つ差動増幅器が共振増幅器として配設され、かつ 差動増幅器が圧電結晶マルチバイブレータのフィードバ
ック回路網として配設され、そのやり方は、差動増幅器
の第１入力が第１トランジスタのコレクタに接続され、
かつ第１出力が第２トランジスタのベースに接続される
ようになっており、かつ 差動増幅器の第２入力が第２トランジスタのコレクタに
接続され、かつ第２出力が圧電結晶マルチバイブレータ
の第１トランジスタのベースに接続されていること、 を特徴としている。

本発明の実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。

（実施例） 第１図に示されたエミッタ結合圧電結晶マルチバイブレ
ータは２個の負にフードバックされたトランジスタｌと
２を有しており、それらのコレクタはオーム性抵抗器３
．４を介して正の電源電圧子Ｖｐに接続されている。抵
抗器３と４は周波数に依存しないフードバック回路網の
機能を有している。トランジスタ１のベースはトランジ
スタ２のコレクタに接続され、それとは逆に、トランジ
スタ２のベースはトランジスタ１のコレクタに接続され
ている。圧電結晶５が２個のトランジスタ１と２のエミ
ッタ間に配設されている。トランジスタ１と２の２個の
エミッタはそれぞれ電流源６と７を介してアースに接続
されている。

第１図に示されたエミッタ結合圧電結晶マルチバイブレ
ータは、例えばそれが２０Ｍｔｌｚの基本周波数で発振
するような態様で形成できる。しかし、圧電結晶マルチ
バイブレータもまた奇数高調波の領域で発振できる。２
０ＭＨｚの基本周波数では、これは第３高調波に対して
６０ＭＨｚ　、第５高調波に対して１００ＭＨ２である
。

もし例えば６０ＭＨｚが所望のオーバートーン周波数と
して発生すべきなら、第１図の圧電結晶発振器は以下に
説明するような態様で第２図に示された共振増幅器と結
合されよう。

第２図に示された共振増幅器は共振を発生するためのＲ
Ｃ回路網を有する差動増幅器の形をしている。

第２図の差動増幅器は２個のエミッタ結合トランジスタ
１１と１２を有している。２個のトランジスタ１１と１
２はそれぞれ抵抗器１３と１４を介して正の直流電源電
圧＋Ｖｐに接続されている。トランジスタ１１と１２の
ベースはそれぞれ抵抗器１５と１６を介して同じ電源電
圧に接続されている。トランジスタ１１と１２のベース
はキャパシタ１７を介して連結されている。トランジス
タ１１と１２の結合エミッタは電流源１８を介してアー
スに接続されている。

第１出力Ａ、に信号を供給するトランジスタ１１のコレ
クタは、入力Ｅ２を表すトランジスタ１２のベースに結
合キャパシタ１９を介して接続されている。対応する態
様で、第２出力Ａ２に信号を供給するトランジスタ１２
のコレクタは、入力Ｅ１を表すトランジスタ１１のベー
スに結合キャパシタ２０を介して接続されている。

第２図に示されたこの共振増幅器の共振周波数はキャパ
シタ１７．１９．２０と抵抗器１３．１４の値によって
決定される。もし第２図に示された共振増幅器が第１図
に示された圧電結晶発振器と結合され、かつもしそのよ
うなオーバートーン圧電結晶発振器が第１図に示された
圧電結晶発振器の基本高調波の３倍の周波数で発振する
なら、第２図に示された差動増幅器の共振周波数は、そ
れが第１図に示された圧電結晶発振器の基本高調波と第
３高調波との間に位置しなければならない。上に選ばれ
た数値例では、共振周波数は２０ＭＨｚと６０Ｍ）Ｉｚ
との間の領域でなければならない。その基本高調波にお
ける圧電結晶発振器の発振がこの結合された配列で確か
に抑制されるために、第２図に示された共振増幅器は本
質的に何らの位相シフト無しにその共振周波数以上の周
波数領域で信号を通過させる位相特性を有しており、一
方、共振増幅器の共振周波数以下の周波数領域の信号は
約１８０度だけ位相シフトされている。

第２図に示された共振増幅器の特性は第３図に詳細に示
されている。

第３図は実線によって共振増幅器の周波数対振幅特性を
示し、破線によって周波数対位相特性を示している。

第３図に示された共振増幅器の振幅特性は、第２図には
示されていないが、電流源が共振増幅器の入力Ｅ＋　と
Ｅ２に接続された２個の端子を有するような態様で決定
できる。出力電圧ＵＡは２個の出力Ａ、とＡ２の間に起
こる。端子Ａ１とＡ２の間に起こる出力電圧に対する２
個の入力Ｅ１とＥ、に流れる電流の比は第３図に振幅特
性として示されている。この振幅特性において、第３図
の３８ＭＨｚ付近の領域にオーバーシュートが明らかに
認識できる。それは第２図に示された共振増幅器の共振
周波数である。

この共振周波数の領域において、共振増幅器の位相特性
ψ、は明らかな変化を示している１位相特性ψ１は差動
増幅器の入力信号と出力信号との間に起こる位相シフト
を示している。第３図から明らかであるが、共振増幅器
の共振周波数以下で約１８０度の位相シフトが存在する
。これはまた第１図の圧電結晶発振器の約２０ＭＨ２に
おける基本高調波の周波数領域にも保持される。第２図
の共振増幅器の共振周波数は３８Ｍ１ｌＺに設定され、
それは第１図の圧電結晶発振器の基本周波数とその第３
高調波の間にある。発生すべきオーバートーン周波数の
領域で、その周波数はこの場合には第３高調波、すなわ
ち約６０Ｍｔｌｚを表し、本質的に共振増幅器に位相シ
フトが存在せず、すなわち位相特性ψ、はほぼ０度を有
している。また圧電結晶発振器の次に高い高調波の周波
数領域、すなわち約１００Ｍ１ｌｚにおいて、共振増幅
器を通過する信号の僅かな位相シフトしか存在しない。

第２図に示された共振増幅器のこの実施例に基づいて、
この実施例では約６０ＭＨ２の周波数における第３高調
波であるところの、発生すべきオーバートーンの周波数
領域の信号であるという条件が満足され、共振増幅器は
それを通過する信号に殆ど位相シフトを発生しない。こ
の場合には約２０ＭＨｚの周波数における基本周波数で
ある次に低い発振周波数の領域において、共振増幅器を
通過する信号は約１８０度だけ位相がシフトし、従って
圧電結晶発振器の発振はこの領域で抑制される。第１図
のエミッタ結合圧電結晶マルチバイブレータと、第２図
の共振増幅器とから形成されたオー／ｓｌ−トーン圧電
結晶発振器は第４図に示されている。

第２図に示されたオーバートーン圧電結晶発振器は特に
抵抗器３と４を含むフィードパ・ンク回路網を有してい
る。それは周波数に依存しないフィードバック回路網で
ある。

第４図に示されたような、第１図の圧電結晶マルチバイ
ブレータと第２図の共振増幅器の結合において、第１図
の圧電結晶マルチバイブレータのフィード六ツク回路網
が省略されている。第２図の共振増幅器はフィードパ・
ンク回路網として使用される。このために、共振増幅器
は圧電結晶マルチバイブレータの第１トランジスタｌの
コレクタに接続される。第１入力Ｅ、に関連した出力Ａ
１は圧電結晶マルチバイブレータの第２トランジスタ２
のベースに接続される。対応する態様で、共振増幅器の
第２入力Ｅ！は圧電結晶マルチバイブレータの第２トラ
ンジスタ２のコレクタに接続され、そして第２入力Ｅ２
に関連した出力Ａ２は圧電結晶マルチバイブレータの第
１トランジスタ１０ベースに接続される。２個の抵抗器
３と４、ならびに各々が１つのトランジスタのベースを
他のトランジスタのコレクタに接続する圧電結晶マルチ
バイブレータの２個のトランジスタ間の接続が省略され
ている。差動増幅器は今やこのフィードバック回路網を
置き換えている。

第４図に示されたオーバートーン圧電結晶発振器はその
圧電結晶発振器の基本高調波の領域で発振できない。と
いうのは、この領域では圧電結晶発振器のフィードバッ
ク分枝の共振増幅器を通過する信号の位相が約１８０度
だけシフｌ−しているからである。しかし、第３高調波
の領域、すなわち約６０ＭＨＫでは、第４図のオーバー
トーン圧電結晶発振器は発振できる。というのは、この
領域においてフィードバック信号が実質的に何の位相シ
フト無しに差動増幅器を通過し、一方、それらのレベル
が大きく減衰しないからである。

約１００ＭＩＩｚである次の高調波の領域において、共
振増幅器を通過する信号は小さい位相シフトしか示さな
いが、しかしこの周波数領域で共振増幅器を出る信号の
振幅は非常に小さく、従ってオーツ＜−トーン圧電結晶
発振器はそれが相応な大きさならもはや発振しない。

このように、第４図に示されたオーバートーン圧電結晶
発振器は６０ＭＨｚにおけるその第３高調波で専ら発振
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はエミッタ結合圧電結晶マルチバイブレータを示
し、 第２図は共振増幅器として使用されるＲＣ回路網を持つ
差動増幅器を示し、 第３図は第２図の共振増幅器の周波数対振幅特性と周波
数対位相特性を示し、 第４図は第１図の圧電結晶発振器と第２図の共振増幅器
を結合した配列を表すオーバートーン圧電結晶発振器を
示している。 １．２・・・トランジスタ ３．４・・・抵抗器 ５・・・圧電結晶 ６．７・・・電流源 １１、１２・・・トランジスタ １３、１４．１５．１６・・・抵抗器 １’？；１９．２０・・・キャパシタ １８・・・電流源 ２１、２２・・・抵抗器 Ｆｉｇ、３ ０’） 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フィードバックループと、その振幅特性が共振増幅
   器の共振周波数の領域でオーバーシュートを有し、かつ
   圧電結晶発振器のフィードバックループに配設されてい
   る圧電結晶発振器とを具えるオーバートーン圧電結晶発
   振器において、 共振増幅器の共振周波数が、発生すべきオ ーバートーンの周波数と、圧電結晶発振器の次に低い発
   振周波数との間にあり、かつ フィードバックループで発生すべきオーバ ートーンの周波数領域の信号に対して次に低い発振周波
   数の周波数領域の信号、特に、オーバートーン圧電結晶
   発振器が次に低い発振周波数の周波数で発振できず、か
   つそれが発生すべきオーバートーンの周波数においての
   み発生するような位相シフトを共振増幅器の信号が有す
   ること、 を特徴とするオーバートーン圧電結晶発振器。 ２、発生すべきオーバートーンの周波数領域の信号が実
   質的にどんな位相シフトも無く共振増幅器を通過し、か
   つ次に低い発振周波数の周波数領域の信号が共振増幅器
   で約１８０度の位相シフトを受けること、 を特徴とする請求項１に記載のオーバートーン圧電結晶
   発振器。 ３、発生すべきオーバートーンが圧電結晶発振器の第３
   高調波であり、かつ 共振増幅器の共振周波数が基本周波数と圧 電結晶発振器の第３高調波との間にあること、を特徴と
   する請求項１あるいは２に記載のオーバートーン圧電結
   晶発振器。 ４、共振増幅器の共振を発生する受動要素としてキャパ
   シタ（１７）とオーム性抵抗器（１３，１４）が備えら
   れていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１
   つに記載のオーバートーン圧電結晶発振器。 ５、共振増幅器と圧電結晶発振器のフィードバックルー
   プが、決められたオーバートーンの周波数に対して次に
   高い周波数で１つの利得を有し、それによって振幅特性
   がフィードバックループの圧電結晶発振器のフィードバ
   ックループ発振周波数の利得より小さいこと、を特徴と
   する請求項１から４のいずれか１つに記載のオーバート
   ーン圧電結晶発振器。 ６、少なくとも２個のトランジスタ（１，２）を具える
   エミッタ結合圧電結晶マルチバイブレータが圧電結晶発
   振器として配設され、かつＲＣ回路網を持つ差動増幅器
   が共振増幅器として配設され、かつ 差動増幅器が圧電結晶マルチバイブレータ のフィードバック回路網として配設され、そのやり方は
   、差動増幅器の第１入力（Ｅ＿１）が第１トランジスタ
   （１）のコレクタに接続され、かつ第１出力（Ａ＿１）
   が第２トランジスタ（２）のベースに接続されるように
   なっており、かつ 差動増幅器の第２入力（Ｅ＿２）が第２トランジスタ（
   ２）のコレクタに接続され、かつ第２出力（Ａ＿２）が
   圧電結晶マルチバイブレータの第１トランジスタ（１）
   のベースに接続されていること、 を特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載のオ
   ーバートーン圧電結晶発振器。