JPS601764B2 - マイクロ波固体発振器 - Google Patents
マイクロ波固体発振器Info
- Publication number
- JPS601764B2 JPS601764B2 JP54034665A JP3466579A JPS601764B2 JP S601764 B2 JPS601764 B2 JP S601764B2 JP 54034665 A JP54034665 A JP 54034665A JP 3466579 A JP3466579 A JP 3466579A JP S601764 B2 JPS601764 B2 JP S601764B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ambient temperature
- oscillation frequency
- temperature
- oscillator
- gunn diode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
- H03B9/00—Generation of oscillations using transit-time effects
- H03B9/12—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices
- H03B9/14—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance
- H03B9/145—Generation of oscillations using transit-time effects using solid state devices, e.g. Gunn-effect devices and elements comprising distributed inductance and capacitance the frequency being determined by a cavity resonator, e.g. a hollow waveguide cavity or a coaxial cavity
Landscapes
- Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)
Description
本発明は、ガンダィオードを用いたマイクロ波固体発振
器の周囲温度に対する発振周波数の安定化手段に関する
。 一般に、ガンダィオードを用いた固体発振器において周
囲温度に対する発振周波数安定化を施していない場合、
発振周波数の安定度は使用周囲温度範囲内でマイナス数
100KHZ/℃程度以上になる。 たとえば、一20℃から十60ooまでの周囲温度範囲
内で、発振周波数の変動幅は数10MHZにもなる。一
方、ガンダィオードを用いた固体発振器においてはガン
ダィオードへの印加直流電圧が周囲温度に応じて変化す
るような直流電源回路を用いることによってある程度の
発振周波数の安定化をすることができるが、上述のよう
に、ガンダイオードを用いた団体発振器それ自身の周囲
温度に対する発振周波数の変動幅が大きいためにその安
定化にも限度があり、たとえば、一20qoから十60
℃までの周囲温度範囲内で数MHZ以内の発振周波数の
変動幅にまで安定化することはできなかった。 さらに、良好な周波数安定度を得るために、ガンダィオ
ードを用いた固体発振器に高誘電率かつ高Qの誘電体共
振器を結合することが一つの手段として用いられている
。この方法では、ガンダィオードの発振周波数の温度係
数と誘電体共振器の共振周波数の温度係数とを互いに逆
極性にして平衡をとり、両者の温度特性を相殺すること
により安定化する。 このような譲蚤体共振器を用いる手段で得られる安定化
された発振周波数の温度特性の代表例を第1図に示す。
ところが、このものでは第1図に見られるように必ずし
も良好には安定化されず、上に凸な特性曲線が得られる
。これは、ガンダィオードの発振周波数の温度特性が直
線的でなく、高温になるに従って発振周波数が減少する
勾配が大きなつてくるからである。従って、このような
誘電体共振器を用いる手段のみでは、周囲温度の使用範
囲においてガンダィオードの発振周波数と誘電体共振器
の共振周波数の温度係数の平衡をとっても、発振周波数
対周囲温度特性曲線は第1図のような上に凸な山型を呈
するために、発振周波数の周囲温度の変化に対する変動
幅△fには限界がある。たとえば、周囲温度−2000
〜十60ooの変化に対して、△f=500KHZ(f
o=1165昨日Z)という報告がある。(文献:テレ
ビジョン無線技術研究会資料RE76−37(1976
一9))。そこで本発明は、上述のような従来の誘電体
共振器によって発振周波数を制御したガンダィオード発
振器において周囲温度の変化に対する発振周波数の安定
度を改善した固体発振器を提供することを目的とする。 以下、本発明のマイクロ波固体発振器を以下について、
その一実施例を示す図面に基ずし、て説明する。 まず、第2図に、本発明の一実施例におけるマイクロ波
固体発振器の典型的な構成例を示す。 ここで、1ぱマイクロ波固路部、2はそれに直流電源を
印加する電源回路部である。マイクロ波回路部1は、共
振用の空胴部3、誘電体共振器4、発振用のガンダィオ
ード5および外部回路との結合用の結合部6とから構成
される。印加直流電源回路部2は定電圧回路により構成
されており、その出力電圧VDを直列抵抗7,8,9と
温度依存性抵抗10とを用いて分圧しした電圧VCが制
御用電圧として電圧安定化回路11に加えられる。そし
て、この装置では、用いる誘電体共振器4の温度係数は
、ガンダィオード5の発振周波数の室温における温度係
数よりも若干小さく設定しておく。ここで、誘電体共振
器4の温度係数とは、誘電体共振器4の固有の電磁気的
共振周波数をfr〔GHZ〕、誘電体共振器4の周囲温
度をT〔℃〕としたとき、周囲温度の増分△T
器の周囲温度に対する発振周波数の安定化手段に関する
。 一般に、ガンダィオードを用いた固体発振器において周
囲温度に対する発振周波数安定化を施していない場合、
発振周波数の安定度は使用周囲温度範囲内でマイナス数
100KHZ/℃程度以上になる。 たとえば、一20℃から十60ooまでの周囲温度範囲
内で、発振周波数の変動幅は数10MHZにもなる。一
方、ガンダィオードを用いた固体発振器においてはガン
ダィオードへの印加直流電圧が周囲温度に応じて変化す
るような直流電源回路を用いることによってある程度の
発振周波数の安定化をすることができるが、上述のよう
に、ガンダイオードを用いた団体発振器それ自身の周囲
温度に対する発振周波数の変動幅が大きいためにその安
定化にも限度があり、たとえば、一20qoから十60
℃までの周囲温度範囲内で数MHZ以内の発振周波数の
変動幅にまで安定化することはできなかった。 さらに、良好な周波数安定度を得るために、ガンダィオ
ードを用いた固体発振器に高誘電率かつ高Qの誘電体共
振器を結合することが一つの手段として用いられている
。この方法では、ガンダィオードの発振周波数の温度係
数と誘電体共振器の共振周波数の温度係数とを互いに逆
極性にして平衡をとり、両者の温度特性を相殺すること
により安定化する。 このような譲蚤体共振器を用いる手段で得られる安定化
された発振周波数の温度特性の代表例を第1図に示す。
ところが、このものでは第1図に見られるように必ずし
も良好には安定化されず、上に凸な特性曲線が得られる
。これは、ガンダィオードの発振周波数の温度特性が直
線的でなく、高温になるに従って発振周波数が減少する
勾配が大きなつてくるからである。従って、このような
誘電体共振器を用いる手段のみでは、周囲温度の使用範
囲においてガンダィオードの発振周波数と誘電体共振器
の共振周波数の温度係数の平衡をとっても、発振周波数
対周囲温度特性曲線は第1図のような上に凸な山型を呈
するために、発振周波数の周囲温度の変化に対する変動
幅△fには限界がある。たとえば、周囲温度−2000
〜十60ooの変化に対して、△f=500KHZ(f
o=1165昨日Z)という報告がある。(文献:テレ
ビジョン無線技術研究会資料RE76−37(1976
一9))。そこで本発明は、上述のような従来の誘電体
共振器によって発振周波数を制御したガンダィオード発
振器において周囲温度の変化に対する発振周波数の安定
度を改善した固体発振器を提供することを目的とする。 以下、本発明のマイクロ波固体発振器を以下について、
その一実施例を示す図面に基ずし、て説明する。 まず、第2図に、本発明の一実施例におけるマイクロ波
固体発振器の典型的な構成例を示す。 ここで、1ぱマイクロ波固路部、2はそれに直流電源を
印加する電源回路部である。マイクロ波回路部1は、共
振用の空胴部3、誘電体共振器4、発振用のガンダィオ
ード5および外部回路との結合用の結合部6とから構成
される。印加直流電源回路部2は定電圧回路により構成
されており、その出力電圧VDを直列抵抗7,8,9と
温度依存性抵抗10とを用いて分圧しした電圧VCが制
御用電圧として電圧安定化回路11に加えられる。そし
て、この装置では、用いる誘電体共振器4の温度係数は
、ガンダィオード5の発振周波数の室温における温度係
数よりも若干小さく設定しておく。ここで、誘電体共振
器4の温度係数とは、誘電体共振器4の固有の電磁気的
共振周波数をfr〔GHZ〕、誘電体共振器4の周囲温
度をT〔℃〕としたとき、周囲温度の増分△T
〔00〕
に対する譲亀体共振器4の共振周波数の増分△fr〔G
HOの比△fr/△T〔GHZ/。C〕を称しており、
一方ガンダィオード5の温度係数とは、ガンダィオード
の固有の発振周波数をb〔GHZ〕、周囲温度をT〔0
0〕としたとき、周囲温度の増分△T
に対する譲亀体共振器4の共振周波数の増分△fr〔G
HOの比△fr/△T〔GHZ/。C〕を称しており、
一方ガンダィオード5の温度係数とは、ガンダィオード
の固有の発振周波数をb〔GHZ〕、周囲温度をT〔0
0〕としたとき、周囲温度の増分△T
〔00〕に対する
ガンダィオードの発振周波数の増分△b〔Gm〕の比△
fo/△T〔GHZ/。0〕をいう。 ここで、周囲温度T 〔qo〕としては通常室温25q
0をとる。このようにしておくと、ガンダイオード5と
誘電体共振器4とを結合した全体の発振周波数対周囲温
度特性は第3図のようになり、周囲温度の上昇に従って
発振周波数が単調に減少するようになる。一方、ガンダ
ィオード5に印加される直流電圧と発振周波数との関係
は、第4図のように、周囲温度をパラメータとして、直
流電圧の増加に従って発振周波数が減少するという特性
を有する。したがって、第5図のように、周囲温度T=
T,で直流電圧V。=V,,周囲温度T=Toで直流電
圧V。=Vo。周囲温度T=T2で直流電圧V。=V2
となるように電源回路2の出力直流電圧の温度特性を設
定することにより、少なくとも上誌の3つの周囲温度に
対しては発振周波数f=らと一定に安定化することがで
きる。本装置においては、このような電源回路2の出力
電圧の温度特性を、温度係数を有する温度依存性抵抗1
0を用いることにより実現するようにしている。 特に、このT=T,,ToおよびT2をそれぞれ周囲温
度の使用範囲の下限,室温および周囲温度の使用範囲の
上限に選んでおくと、温度変化に対する発振周波数安定
度の極めて良好なマイクロ波固体発振器を実現すること
ができる。さらに具体的に説明すると、第2図において
、電圧安定化回路2の出力電圧VDは次式で表わされう
ち=vC.(HR;器雨) ‘1’ただし、(R9クR
,o)は、抵抗9と温度係数を有した温度依存性抵抗1
0との並列接続回路の抵抗値である、適当な温度係数と
抵抗値とを有する温度依存性抵抗10を選定し、周囲温
度T:T,,To,T2におけるR,oの値をそれぞれ
R,o=Rmin,R,Rmaxとし所望の直流電圧を
それぞれV。 =V,,Vo,V2として(1手式に適用し、R7,R
8およびR9を未知数とする3元連立方程式を解くこと
により、抵抗値R7,R8およびR9を決定することが
できる。適当な抵抗値が存在しなければ、別の温度係数
および/あるいは抵抗値を有した温度依存性抵抗10を
新たに選定して上記方程式を解けばよい。本実施例によ
るマイクロ波固体発振器の実施例を次に示す。 周囲温度:T,=−2000 T。 =十200○T2=十600 誘電体共振器:ごr=37.6 Qo=4000, 7=十4.8ppmノ℃ (商品名:レゾミツクス) 温度依存性抵抗:Rmin= 0.34KQ R=110KQ Rmax=5.9KQ (商品名:ポジスタ) 発振周波数:fo=11.66のHZ 発振周波数:80KHZ このように、周囲温度の変化に対して発振周波数をきわ
めて安定にすることができた。 さらに、このマイク。 波固体発振器ではガンダィオード5に印加する直流電圧
を周囲温度の低温付近で高く高温付近では低くするよう
にしているため、ガンダイオード5のバルクにおける熱
発生を低温付近では大きく、高温付近では小さくするこ
とになり、結局、周囲温度が変化しても、ガンダィオー
ド5のバルク温度を一定に保とうとする方向に働いてガ
ンダィオード5の素子特性の劣化や信頼性および寿命の
悪化を防ぐ好ましい効果をも有する。また、このマイク
ロ波固体発振器をミクサー用のローカル発振回路として
用いる場合について見ると、ガンダィオード5を用いた
マイクロ波発振器の発振出力電力は印放される直流電圧
の一般的な使用範囲内ではその直流電圧の増加に従って
増大する傾向を有するので、ローカル発振器としてこの
マイクロ波固体発振器を用いるとミクサダィオー日こ加
えられるローカル発振電力は周囲温度の上昇とともに減
少する傾向を有することになる。 一方、ミクサダィオードの拡散電圧は周囲温度の上昇に
従って、小さくなるという一般的特性を有するので、周
囲温度の変化に対してもしローカル発振電力が一定であ
ればミクサダィオードに流れる直流電流成分周囲温度の
上昇とともに大きく傾向となるが、本マイクロ波固体発
振器をローカル発振器として用いれば、周囲温度の上昇
とともにローカル発振電力が減少するのでローカル発振
電力によりミクサダィオードーこ流れる電流の直流成分
を周囲温度の変化に対して一定に保とうとする効果もあ
り、ミクサ回路の変換損失を一定に保とうとする好まし
い効果をもたらすことになる。以上のように本発明によ
れば、誘電体共振器の共振周波数対周囲温度特性の温度
係数を、ガンダィオードの発振周波数対周囲温度特性の
温度係数よりも若干小さく設定して、ガンダイオードと
誘電体共振器とを結合した全体の発振周波数対周囲温度
特性を、周囲温度の上昇にしたがって発振周波数が単調
に減少するように設定する一方、上記ガンダィオードー
こ直流電源を印加する電源回路に温度係数を有する抵抗
体を設け、上記ガンダイオード‘こ印加する直流電圧を
周囲温度の上昇とともに単調に減少させるようにして発
振周波数を周囲温度の変化に対して安定化させるように
したことにより、ガンダィオード発振器の周囲温度変化
に対する発振周波数の変動幅を飛躍的に改善することが
でき、水晶振動子を用いたマイクロ波発振器に比肩でき
る程の優れた発振周波数安定度を実現することができる
。
ガンダィオードの発振周波数の増分△b〔Gm〕の比△
fo/△T〔GHZ/。0〕をいう。 ここで、周囲温度T 〔qo〕としては通常室温25q
0をとる。このようにしておくと、ガンダイオード5と
誘電体共振器4とを結合した全体の発振周波数対周囲温
度特性は第3図のようになり、周囲温度の上昇に従って
発振周波数が単調に減少するようになる。一方、ガンダ
ィオード5に印加される直流電圧と発振周波数との関係
は、第4図のように、周囲温度をパラメータとして、直
流電圧の増加に従って発振周波数が減少するという特性
を有する。したがって、第5図のように、周囲温度T=
T,で直流電圧V。=V,,周囲温度T=Toで直流電
圧V。=Vo。周囲温度T=T2で直流電圧V。=V2
となるように電源回路2の出力直流電圧の温度特性を設
定することにより、少なくとも上誌の3つの周囲温度に
対しては発振周波数f=らと一定に安定化することがで
きる。本装置においては、このような電源回路2の出力
電圧の温度特性を、温度係数を有する温度依存性抵抗1
0を用いることにより実現するようにしている。 特に、このT=T,,ToおよびT2をそれぞれ周囲温
度の使用範囲の下限,室温および周囲温度の使用範囲の
上限に選んでおくと、温度変化に対する発振周波数安定
度の極めて良好なマイクロ波固体発振器を実現すること
ができる。さらに具体的に説明すると、第2図において
、電圧安定化回路2の出力電圧VDは次式で表わされう
ち=vC.(HR;器雨) ‘1’ただし、(R9クR
,o)は、抵抗9と温度係数を有した温度依存性抵抗1
0との並列接続回路の抵抗値である、適当な温度係数と
抵抗値とを有する温度依存性抵抗10を選定し、周囲温
度T:T,,To,T2におけるR,oの値をそれぞれ
R,o=Rmin,R,Rmaxとし所望の直流電圧を
それぞれV。 =V,,Vo,V2として(1手式に適用し、R7,R
8およびR9を未知数とする3元連立方程式を解くこと
により、抵抗値R7,R8およびR9を決定することが
できる。適当な抵抗値が存在しなければ、別の温度係数
および/あるいは抵抗値を有した温度依存性抵抗10を
新たに選定して上記方程式を解けばよい。本実施例によ
るマイクロ波固体発振器の実施例を次に示す。 周囲温度:T,=−2000 T。 =十200○T2=十600 誘電体共振器:ごr=37.6 Qo=4000, 7=十4.8ppmノ℃ (商品名:レゾミツクス) 温度依存性抵抗:Rmin= 0.34KQ R=110KQ Rmax=5.9KQ (商品名:ポジスタ) 発振周波数:fo=11.66のHZ 発振周波数:80KHZ このように、周囲温度の変化に対して発振周波数をきわ
めて安定にすることができた。 さらに、このマイク。 波固体発振器ではガンダィオード5に印加する直流電圧
を周囲温度の低温付近で高く高温付近では低くするよう
にしているため、ガンダイオード5のバルクにおける熱
発生を低温付近では大きく、高温付近では小さくするこ
とになり、結局、周囲温度が変化しても、ガンダィオー
ド5のバルク温度を一定に保とうとする方向に働いてガ
ンダィオード5の素子特性の劣化や信頼性および寿命の
悪化を防ぐ好ましい効果をも有する。また、このマイク
ロ波固体発振器をミクサー用のローカル発振回路として
用いる場合について見ると、ガンダィオード5を用いた
マイクロ波発振器の発振出力電力は印放される直流電圧
の一般的な使用範囲内ではその直流電圧の増加に従って
増大する傾向を有するので、ローカル発振器としてこの
マイクロ波固体発振器を用いるとミクサダィオー日こ加
えられるローカル発振電力は周囲温度の上昇とともに減
少する傾向を有することになる。 一方、ミクサダィオードの拡散電圧は周囲温度の上昇に
従って、小さくなるという一般的特性を有するので、周
囲温度の変化に対してもしローカル発振電力が一定であ
ればミクサダィオードに流れる直流電流成分周囲温度の
上昇とともに大きく傾向となるが、本マイクロ波固体発
振器をローカル発振器として用いれば、周囲温度の上昇
とともにローカル発振電力が減少するのでローカル発振
電力によりミクサダィオードーこ流れる電流の直流成分
を周囲温度の変化に対して一定に保とうとする効果もあ
り、ミクサ回路の変換損失を一定に保とうとする好まし
い効果をもたらすことになる。以上のように本発明によ
れば、誘電体共振器の共振周波数対周囲温度特性の温度
係数を、ガンダィオードの発振周波数対周囲温度特性の
温度係数よりも若干小さく設定して、ガンダイオードと
誘電体共振器とを結合した全体の発振周波数対周囲温度
特性を、周囲温度の上昇にしたがって発振周波数が単調
に減少するように設定する一方、上記ガンダィオードー
こ直流電源を印加する電源回路に温度係数を有する抵抗
体を設け、上記ガンダイオード‘こ印加する直流電圧を
周囲温度の上昇とともに単調に減少させるようにして発
振周波数を周囲温度の変化に対して安定化させるように
したことにより、ガンダィオード発振器の周囲温度変化
に対する発振周波数の変動幅を飛躍的に改善することが
でき、水晶振動子を用いたマイクロ波発振器に比肩でき
る程の優れた発振周波数安定度を実現することができる
。
第1図は従来のマイクロ波固体発振器の周囲温度対発振
周波数特性の特性図、第2図は本発明の一実施例におけ
るマイクロ波固体発振器の構成図、第3図は同発振器に
おいて印加直流電圧を一定にしたときの周囲温度対発振
周波数特性の特性図、第4図は発振器において周囲温度
をパラメータとしたときの印加直流電圧対発振周波数特
性の特性図、第5図は同発振器において発振周波数を一
定としたときの印加直流電圧対周囲温度特性の特性図で
ある。 1・・・・・・マイクロ波回路部、2・・・・・・電源
回路部、3・・・…空胴部、4・・・・・・誘電体共振
器、5・・・・・・ガンダィオード、7,8,9・・・
…抵抗、10・・・・・・温度依存性抵抗、11・・・
・・・電圧安定化回路。 第1図第2図 第3図 第4図 第5図
周波数特性の特性図、第2図は本発明の一実施例におけ
るマイクロ波固体発振器の構成図、第3図は同発振器に
おいて印加直流電圧を一定にしたときの周囲温度対発振
周波数特性の特性図、第4図は発振器において周囲温度
をパラメータとしたときの印加直流電圧対発振周波数特
性の特性図、第5図は同発振器において発振周波数を一
定としたときの印加直流電圧対周囲温度特性の特性図で
ある。 1・・・・・・マイクロ波回路部、2・・・・・・電源
回路部、3・・・…空胴部、4・・・・・・誘電体共振
器、5・・・・・・ガンダィオード、7,8,9・・・
…抵抗、10・・・・・・温度依存性抵抗、11・・・
・・・電圧安定化回路。 第1図第2図 第3図 第4図 第5図
Claims (1)
- 1 ガンダイオードに誘電体共振器を結合した発振器を
設け、上記誘電体共振器の共振周波数対周囲温度特性の
温度係数を上記ガンダイオードの発振周波数対周囲温度
特性の温度係数と逆極性でかつガンダイオードのそれよ
り小さく設定して上記発振器全体の発振周波数対周囲温
度特性を、周囲温度の上昇にしたがって発振周波数が単
調に減少するように設定し、上記ガンダイオードに直流
電源を印加する電源回路に温度係数を有する抵抗体を設
け、上記ガンダイオードに印加する直流電源電圧を周囲
温度の上昇にしたがって単調に減少させるようにして、
上記発振器の発振周波数を周囲温度の変化に対して安定
化させたことを特徴とするマイクロ波固体発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54034665A JPS601764B2 (ja) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | マイクロ波固体発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54034665A JPS601764B2 (ja) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | マイクロ波固体発振器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55125704A JPS55125704A (en) | 1980-09-27 |
| JPS601764B2 true JPS601764B2 (ja) | 1985-01-17 |
Family
ID=12420723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54034665A Expired JPS601764B2 (ja) | 1979-03-23 | 1979-03-23 | マイクロ波固体発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS601764B2 (ja) |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4853653A (ja) * | 1971-11-08 | 1973-07-27 |
-
1979
- 1979-03-23 JP JP54034665A patent/JPS601764B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55125704A (en) | 1980-09-27 |
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