JPH0716414U - 温度補償型水晶発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構造で、補償感度が良好で、且つ広い
温度領域においても安定した温度補償が可能な温度補償
型水晶発振回路を提供する。 【構成】 周波数温度特性が３次曲線を有する水晶振動
子Ｘに、直列に温度補償回路２、負の温度係数を有する
温度補償用コンデンサＣ₄ 、コルピッツ型発振回路３を
接続して成る温度補償型水晶発振回路において、前記負
の温度係数を有するる温度補償用コンデンサＣ₄ の前段
又は後段に、一端がアースに接続されたトリマーコンデ
ンサＣＴを配置した温度補償型水晶発振回路。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、温度補償型水晶発振回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】

従来、最も簡単な温度補償型水晶発振回路は図３に示すように、水晶振動子Ｘ の一方端にトリマーコンデンサＣＴ₁ とコンデンサＣ₃ とが並列接続された周波 数制御回路１を、また、水晶振動子Ｘの他方端に温度補償用コンデンサＣ₄ を、 さらに、コンデンサＣ₄ の他端にトランジスタＴｒを中心として、コンデンサＣ₅ 〜Ｃ₈ 、抵抗Ｒ₁ 〜Ｒ₄ から成るコルピッツ型発振回路３を夫々接続していた 。即ち、周波数制御回路１、水晶振動子Ｘ、温度補償回路２１、コルピッツ型発 振回路３が夫々直列的に接続されていた。

【０００３】 上述の温度補償型水晶発振回路において、周波数制御回路のコンデンサＣ₃ 及 び温度補償用コンデンサＣ₄ に夫々負の温度係数を有する温度補償用コンデンサ （以下、単に負の温特のコンデンサ）を用いた場合、水晶振動子が有する３次の 周波数温度特性曲線（以下、単に３次の曲線という）を、例えば２５℃を中心に して、反時計回りに回転して、例えば−１０℃〜６０℃の温度範囲で、周波数変 化を±２．５ｐｐｍ程度にまで抑えていた。

【０００４】 しかし、このような温度補償型水晶発振回路においては、水晶振動子Ｘが有す る３次の曲線の傾きなどにより、例えば、２５℃以上の高温領域を対象に温度補 償を行うと、逆に低温側の周波数の変化が大きくなったりするため、特定の（こ の回路によって補償可能な特性を有する）水晶振動子でのみ使用できるたげであ り、その実用性は極めて低かった。

【０００５】 さらに、図３の温度補償型水晶発振回路の改良として、図４に示すように、温 度補償用コンデンサＣ₄ と水晶振動子Ｘとの間に、サーミスタＴＨ、コンデンサ Ｃ₁ 、Ｃ₂ 、抵抗Ｒから成る主として低温補償を行う温度補償回路２を配置して 、温度補償用コンデンサＣ₄ 、コンデンサＣ₂ による高温領域での温度補償によ る低温領域の周波数の変動を極小化して、全体として、低温領域から高温領域に わたり広い温度範囲で、周波数変化を低減した温度補償型水晶発振回路が提案さ れている。例えば、実公平４−４１６０５参照、但し、実公平４−４１６０５の 周波数制御回路を構成するコンデンサＣ₃ には負の温特のコンデンサが用いられ ていない。

【０００６】 これらの温度補償型水晶発振回路の回路定数を設定する中で、負荷容量ＣＬの 決定が極めて重要となる。

【０００７】 例えば発振周波数１０〜２０ＭＨｚの高周波発振を行う場合、コルピッツ型発 振回路３の入力容量Ｃｉ（但し、Ｃｉ＝Ｃ₅ ・Ｃ₆ ／（Ｃ₅ ＋Ｃ₆ ））は、他の コンデンサＣ₁ 〜Ｃ₄ などに比較して大きくなるため、水晶振動子Ｘの負荷容量 ＣＬにあまり関与しない。ここでは説明を簡単にするために１／Ｃｉ≒０と考え ると、図３に示す温度補償型水晶発振回路の水晶振動子Ｘの負荷容量ＣＬは、 ＣＬ＝１／（１／Ｃ₄ ＋１／（ＣＴ₁ ＋Ｃ₃ ））で表され、 図４に示す温度補償型水晶発振回路の水晶振動子Ｘの負荷容量ＣＬは、 ＣＬ＝１／（１／Ｃ₄ ＋１／Ｃ_O ＋１／（ＣＴ₁ ＋Ｃ₃ ））、但しＣ_O は温 度補償回路２の並列−直列変換による等価直列容量成分で表されることになる。

【０００８】 尚、上述の式において、負荷容量ＣＬの決定において、図３に示す温度補償型 水晶発振回路では、水晶振動子Ｘに対して直列的に接続された各回路（周波数制 御回路１、温度補償用コンデンサＣ₄ ）のコンデンサＣ₃ 、トリマーコンデンサ ＣＴ₁ 、コンデンサＣ₄ が決定要素となり、具体的にはＣＴ₁ ＋Ｃ₃ とＣ₄ との 設定が重要となる。例えば、負荷容量ＣＬを１５ｐＦに設定する場合には、Ｃ₄ 及びＣＴ₁ ＋Ｃ₃ とを夫々３０ｐＦに設定すればよい。

【０００９】 これに対して、図４に示す温度補償型水晶発振回路では、水晶振動子Ｘに対し て直列的に接続された各回路（周波数制御回路１、温度補償回路２、温度補償用 コンデンサＣ₄ ）のコンデンサＣ₃ 、トリマーコンデンサＣＴ₁ 、等価容量成分 Ｃ_O 、コンデンサＣ₄ が決定要素となり、具体的にはＣＴ₁ ＋Ｃ₃ とＣ_O 、Ｃ₄ との設定が重要となる。例えば、負荷容量ＣＬを１５ｐＦに設定する場合には、 ＣＴ₁ ＋Ｃ₃ 、Ｃ_O 、Ｃ₄ とを夫々４５ｐＦに設定すればよい。

【００１０】 即ち、図３に示す温度補償型水晶発振回路と図４に示す温度補償型水晶発振回 路では、図３に示す温度補償型水晶発振回路の方が決定要素が少なくなる（水晶 振動子Ｘに対して直列的に接続される各回路が少なくなる）ため、その分、補償 の感度を高くすることができることになる。

【００１１】 即ち、上述の従来の温度補償型水晶発振回路では、図３に示す温度補償型水晶 発振回路の特徴的な部分である補償感度を良好にすることと、図４に示す温度補 償型水晶発振回路の特徴的な部分である３次の曲線の異なる水晶振動子Ｘにも対 応でき、広い範囲の温度領域での補償を可能とすることを同時に満足することが 困難であり、実用上大きな障害となっていた。

【００１２】 本考案の目的は、上述の問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、 ３次の曲線の異なる水晶振動子Ｘにも対応でき、広い範囲の温度領域での補償を 可能でき、且つ高い感度で温度補償が行える温度補償型水晶発振回路を提供する ことにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案によれば、周波数温度特性が３次曲線を有する水晶振動子に、温度補償 回路、負の温度特性を有するコンデンサ、コルピッツ型発振回路を直列的に接続 して成る温度補償型水晶発振回路において、前記負の温度特性を有するコンデン サと前段又は後段に、一端がアースに接続されたトリマーコンデンサを配置した 温度補償型水晶発振回路である。

【００１４】

【作用】

本考案の温度補償型水晶発振回路では、水晶振動子に対して、直列的に接続さ れた各回路は、主に低温側の補償を行う温度補償回路と、負の温特を有する温度 補償用コンデンサとコルピッツ型発振回路であり、さらに、温度補償用コンデン サの前後の何れかに周波数制御を行うトリマーコンデンサが水晶振動子に対して 並列的に接続されている。

【００１５】 従って、負荷容量の決定に際して、コルピツ型発振回路の入力容量を省略する と、温度補償回路の等価直列容量成分と温度補償用コンデンサ及びトリマーコン デンサとの等価並列容量成分の決定要素であるため、従来技術の図３に示す温度 補償型水晶発振回路に相当する程度まで、水晶振動子に対して直列的に接続され る各回路を低減できるため、その補償を行う際の感度を向上させることができる 。

【００１６】 さらに、同時に、主に低温領域側の温度補償を行う温度補償回路を備えている ため、図４に示す温度補償型水晶発振回路に相当する低温側領域（主に温度補償 回路によって補償）から高温領域（主に負の温度特性を有するコンデンサによっ て補償）の広い範囲で温度補償が可能となる。

【００１７】 従って、図３に示す温度補償型水晶発振回路では使用できなたった水晶振動子 であっても、広い温度領域で温度補償を行うことができ、簡単な構成（周波数制 御のためのトリマーコンデンサＣＴ₁ とコンデンサＣ₂ の並列回路を省略するこ とができる）で、感度の良好な温度補償型水晶発振回路となる。

【００１８】

【実施例】

以下、本考案の温度補償型水晶発振回路を図面に基づいて詳説する。

【００１９】 図１は、本考案の温度補償型水晶発振回路の回路図である。尚、図３、図４と同 一部分は同一符号で説明する。

【００２０】 図において、Ｘは水晶振動子であり、２は主に低温領域での温度補償を行う温 度補償回路であり、３はコルピッツ型発振回路である。また、Ｃ₄ は主に水晶振 動子Ｘが有する温度周波数特性の３次の曲線を回転して、傾きを制御するための 負の温特の温度補償用コンデンサであり、ＣＴは主に水晶振動子Ｘの基本的発振 周波数を制御するためのトリマーコンデンサである。

【００２１】 具体的な回路網は、例えば、水晶振動子Ｘの一端がアースに接続されており、 水晶振動子Ｘの他端は温度補償回路２の一端に接続され、さらに温度補償回路２ の他端は温度補償用コンデンサＣ₄ の一端で接続され、温度補償用コンデンサＣ₄ の他端はコルピッツ型発振回路３の一端に接続されるとともに、トリマーコン デンサＣＴの一端は、コンデンサＣ₄ の前段または後段、図１では、前段部分に 接続され、その他端はアースに接続されている。

【００２２】 水晶振動子Ｘは、図示していないが、ＡＴカットされた水晶片の両主面に振動 電極形成され、さらに必要に応じて密封容器に収納されたものであり、発振周波 数１０ＭＨｚ以上のものである。このようなＡＴカットされた水晶片を有する水 晶振動子Ｘは、周波数温度特性が通常の第II象限、第IV象限を通り、右上がりの ３次の曲線を有する。

【００２３】 温度補償回路２は、コンデンサＣ₁ 〜Ｃ₂ 、抵抗Ｒ、サーミスＴＨからなり、 抵抗ＲとサーミスＴＨの並列回路にコンデンサＣ₁ が接続され、この回路全体に 並列的にコンデンサＣ₂ が接続されて構成されている。ここで、コンデンサＣ₂ は負の温度係数を有する温度補償用コンデンサである。

【００２４】 コルピッツ型発振回路３は、図３に示す温度補償型水晶発振回路のコルピッツ 型発振回路と同一構成となっている。

【００２５】 本考案の温度補償型水晶発振回路における温度補償は、まず、トリマーコンデ ンサＣＴによって水晶振動子Ｘの基本的な発振周波数を調整し、さらにこのトリ マーコンデンサＣＴと温度補償用コンデンサＣ₄ によって、水晶振動子Ｘの３次 の曲線に反時計回りの回転を与え、この３次曲線において、低温領域側を下げて 、高温領域側を持ち上げ、さらに、この状態で、温度補償回路２の回路定数によ って、低温領域側のみを単独に持ち上げたりすることによって達成される。

【００２６】 即ち、低温領域から高温領域まで広い温度領域に渡って、１つのコンデンサＣ₄ と１つの温度補償回路２との簡単な構成でもって、水晶振動子Ｘの３次の曲線 を安定して補償することができる。

【００２７】 さらに、本考案の温度補償型水晶発振回路における補償感度は、負荷容量ＣＬ の決定する水晶振動子Ｘに対して直列的に接続された各回路によって決まる。

【００２８】 本考案の温度補償型水晶発振回路の容量成分のみの接続を示す図２で考えると 、負荷容量ＣＬは ＣＬ＝１／（１／Ｃ_O ＋（１／（ＣＴ＋（１／Ｃ₄ ＋１／Ｃｉ））））で表せ る。

【００２９】 尚、Ｃ_O は温度補償回路２の等価直列容量成分 ＣＴはトリマーコンデンサの容量成分 Ｃ₄ は負の温度係数の温度補償用コンデンサの容量成分 Ｃｉはコルピッツ型発振回路の入力容量成分である。

【００３０】 ここで、上述したように、発振周波数１０〜２０ＭＨｚの高周波領域では、他 の容量成分に比較して大きくなるため、１／Ｃｉを省略して考えると ＣＬ＝１／（１／Ｃ_O ＋（１／（ＣＴ＋Ｃ₄ ）））となる。

【００３１】 即ち、負荷容量ＣＬの決定に際して、決定要素は温度補償回路２の等価直列容量 成分Ｃ_O とコンデンサＣ₄ 及びトリマーコンデンサＣＴの合成容量成分（ＣＴ＋ Ｃ₄ ）となり、例えば、ＣＬ＝１５ｐＦにするには、Ｃ_O を３０ｐＦ、（ＣＴ＋ Ｃ₄ ）を３０ｐＦに設定すればよい。

【００３２】 従って、負荷容量ＣＬの決定要素が、図３の発振回路と同様に極小化すること ができるため、このため、感度が非常によい温度補償型水晶発振回路となる。

【００３３】 換言すれば、本考案の温度補償型水晶発振器は、補償感度を左右する水晶振動 子Ｘに対して直列的に接続される各回路を少なく、即ち、従来技術の図４に示す 温度補償型水晶発振回路の水晶振動子に接続された周波数制御回路を排除して、 周波数制御を成すトリマーコンデンサＣＴを水晶振動子Ｘに対して並列的に接続 することにより、感度を向上させるとともに、温度補償用コンデンサＣ₄ のみで 特に低温領域の温度補償が困難であったことを、主に低温領域側での温度補償を 行う温度補償回路を設けることにより、３次曲線を有するいかなる水晶振動子Ｘ に対しても実用的な広い温度領域で安定した温度補償が可能にしたものである。

【００３４】 尚、上述の実施例では、水晶振動子Ｘ、温度補償回路２、コンデンサＣ₄ 、コ ルピッツ型発振回路３の順番で直列接続されているが、水晶振動子Ｘ、温度補償 回路２、コンデンサＣ₄ で接続の順番を変更し、トリマーコンデンサＣＴをコン デンサＣ₄ の前後に接続しても用いて構わない。

【００３５】

【考案の効果】

以上のように、本考案では、水晶振動子、温度補償回路、負の温度係数を有す る温度補償用コンデンサ、コルピッツ型発振回路が夫々直列的に接続されており 、且つ水晶振動子の発振周波数を制御するためのトリマーコンデンサが水晶振動 子に対して並列的に接続されているため、直列接続の回路数を極小化でき、これ により、補償の感度が向上でき、さらに、前記温度補償用コンデンサと温度補償 回路とで広い温度領域で安定した温度補償を行うことができ、実用性の高い温度 補償型水晶発振回路となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の温度補償型水晶発振回路の回路図であ
る。

【図２】図１の容量成分のみを表した等価回路図であ
る。

【図３】従来の温度補償型水晶発振回路の回路図であ
る。

【図４】従来の他の温度補償型水晶発振回路の回路図で
ある。

【符号の説明】

Ｘ・・・・水晶振動子 Ｃ₄ ・・・負の温度係数を有するコンデンサ ＣＴ・・・トリマーコンデンサ １・・・・周波数制御回路 ２・・・・温度補償回路 ３・・・・コルピッツ型発振回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 周波数温度特性が３次曲線を有する水晶
   振動子に、温度補償回路、負の温度係数を有する温度補
   償用コンデンサ、コルピッツ型発振回路を直列的に接続
   して成る温度補償型水晶発振回路において、 前記負の温度係数を有する温度補償用コンデンサの前段
   又は後段に、一端がアースに接続されたトリマーコンデ
   ンサを配置したことを特徴とする温度補償型水晶発振回
   路。