JPS61203705A - 三端子型発振子およびそれを使用した発振回路 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は圧電板の拡がり振動モードを利用した三端子型
発振子およびそれを使用した発振回路に関する。

（従来技術） 近年、集積回路（ＩＣ）や大規模集積回路（ＬＳＩ）の
発展に伴って、マイクロコンピュータが幅広い分野で使
用されているが、マイクロコンピュータのクロック源と
して、圧電磁器発振子を用いたコルピッツ型発振回路が
広く普及して来た。特に、Ｃ−ＭＯＳタイプのＬＳＩを
使うときは、第３図に示す回路が広く利用されている。

第３図において、１はインバータ、Ｒは帰還抵抗、２は
圧電セラミック発振子、Ｃ，、Ｃ２は外付コンデンサで
ある。この場合、通常、外付コンデンサＣｌ１Ｃ２の値
を調整することによって発振入力電圧■１、発振出力電
圧■２を適当な値にして安定な発振をさせている。しか
し、この回路では、■外付コンデンサと圧電セラミック
発振子の温度特性が異なるため、発振周波数の温度特性
が劣化する、■外付コンデンサが必要という二つの欠点
があった。

二端子型発振子のこのような欠点に鑑み、本願の発明者
は、特開昭５８−８５６１０号公報に開示しであるよう
な上記■および■の欠点を同時に解消するとともに、二
端子型発振子を使用したときと変らず安定な発振が可能
な三端子型発振子を提案した。

この三端子型発振子は、第４図（ａ）および第４図（ｂ
）に示すように、圧電セラミック板３の一主面に同心角
状に、正方形のドツト電極４と正方環状のリング電極５
を設け、−主面に対向する面に全面に共通電極６を設け
、分極方向が、第５図に示すように、ドツト電極４と共
通電極６のドツト電極４と対向する部分間と、リング電
極５と共通電極６のリング電極５と対向する部分間とで
互−に逆方向になるようにしたものである。

この三端子型発振子７は、二端子型発振子２を用いたと
きと変らず、安定な発振が可能となるようにするため、
第６図に示すような等価回路において、ドツト電極４と
共通電極６との間の静電容量をＣｏ１、リング電極５と
共通電極６との間の静電容量をＣｏ２および理想変成器
８の変成比をｎとしたとき、これら静電容量Ｃｏ、、Ｃ
ｏ２および変成比ｎは、 ０．５≦ｎ　Ｃｏ、／Ｃｏ２≦２ となるようにしている。この条件は、ドツト電極４と共
通電極６との間およびリング電極５と共通電極６との開
の圧電セラミック板３の分極度を制御することにより満
足させることができる。

ところで、このような構成を有する三端子型発振子７に
おいても、圧電セラミック板３は厚み振動成分を有して
おり、この三端子型発振子７とインバータとを組み合せ
た発振回路において、電源電圧が変化する等の原因で、
この厚み振動による厚みスプリアス発振が起きる欠点が
あった。

（発明の目的） 本発明は、三端子型発振子における上記欠点を解消すべ
くなされたものであって、圧電板の厚み振動成分を小さ
くし、厚みスプリアス発振の発生を抑えるようにした三
端子型発振子およびそれを使用した発振回路を提供する
ことを目的としている。

（発明の構成） このため、本願の第１の発明は、圧電板に形成されたド
ツト電極と共通電極との間の分極方向とリング電極と共
通電極との間の分極方向とが互いに逆方向となっており
、等価回路のドツト電極−共通電極間静電容量Ｃｏ、’
Ｊング電極−共通電極間静電容量Ｃｏ２および理想変成
器の変成比ｎがを満足する三端子型発振子において、 上記ドツト電極の電極面積Ｓ１　とリング電極の電極面
積Ｓ２とは を満足していることを特徴としている。

また、本願の第２の発明は、圧電板に形成されたドツト
電極と共通電極との間の分極方向とリング電極と共通電
極との間の分極方向とが互いに逆方向となっており、等
価回路のドツト電極−共通電極間静電容量Ｃｏｌ、　　
’）ング電極−共通電極開静電容量Ｃｏ２および理想変
成器の変成比ｎがを満足する三端子型発振子とインバー
タとを組み合わせた三端子型発振子において、上記ドツ
ト電極の電極面積Ｓ、とリング電極の電極面積Ｓ２とは を満足するとともに、上記三端子型発振子のドツト電極
およびリング電極が夫々インバータの入力側および出力
側に接続されていることを特徴としている。

（発明の効果） 本願の第１の発明によれば、圧電板に形成されたドツト
電極の電極面積Ｓ１　とリング電極の電極面積Ｓ２との
比Ｓ２／Ｓ、の値を圧電板の厚み振動成分が小さくなる
適切な値とするようにしたので、圧電板の厚み振動成分
による厚みスプリアスの小さい三端子型発振子を得るこ
とができる。

また、本願の第２の発明によれば、圧電板の厚み振動成
分の小さい三端子型発振子とインバータとを組み合わせ
て発振回路を構成するようにしたので、圧電板の厚み振
動によるスプリアス発振が生じることがなく、圧電板の
拡がり振動の基本波によって安定に発振するコルピッツ
型発振回路を得ることができる。

（実施例） 以下、添付図面を参照しっ）本発明の詳細な説明する。

第１図において、三端子型発振子１１は、正方形状の圧
電セラミック板（圧電板）１２の一つの主表面に、同心
角状に、正方形のドツト電極１３と正方環状のリング電
極１４とを形成する一方、上記圧電セラミック板１２の
いま一つの主表面の全面に共通電極１５を形成した電極
構造を有する。

上記圧電セラミック板１２の分極方向は、第５図に示す
ような従来例と同様に、ｒット電極１３と共通電極１５
とが対向する部分と、リング電ｉｆ４と共通電極１５と
が対向する部分とで互いに逆方向となっている。

上記三端子型発振子１１は、第４図（ａ）および第４図
（ｂ）において説明した三端子型発振子７と同様に、第
６図に示す等価回路において、ドツト電極１３と共通電
極１５との間の静電容量Ｃｏ、　。

リング電極１４と共通電極１５との開の静電容量Ｃｏ２
および理想変成器８の変成比ｎがを満足している。

本願の第１の発明は、上記三端子型発振子１１が、さら
に、ドツト電極１３の電極面積Ｓ、リング電極１４の電
極面積を８２とすると、１、ｏ８−シー６ｉ。

ｓ、　　　　　°（２） を満足するようにしたものである。

また、本願の第２の発明は、第１図に示すように、上記
第１式および第２式の条件を満足する三端子型発振子１
１とインバータ１６とを組み合わせ、三端子型発振子１
１のドツト電極１３はインバータ１６の入力側に接続す
るとともに、三端子型発振子１１のリング電極」４はイ
ンバータ１６の出力側に接続するようにしたものである
。

ところで、第１図の三端子型発振子１１は、第２図（ａ
）に示すようなインピーダンス特性を有している。この
第２図（ａ）において、Ａは圧電セラミック板１２の拡
がり振動の基本波によるインピーダンス特性であり、Ｂ
は圧電セラミック板１２の厚み振動によるインピーダン
ス特性である。

いま、リング電極１４の電極面積８２とドツト電極１３
の電極面積Ｓ１との比Ｓ２／ｓｌの値が零から１０を越
えるサンプルを用意し、これら各すンプルについて、ド
ツト電極１３と共通電極１５間のインピーダンス特性を
測定し、圧電セラミック板１２の拡がり振動の基本波に
対するインピーダンス特性の山谷比および圧電セラミッ
ク板１２の厚み振動に対するインピーダンス特性の山谷
比を求めたところ、第２図（ｂ）において夫々曲線ｈＡ
およびｈａで示す結果を得た。

この第２図（ｂ）から分るように、１．０≦Ｓ２／Ｓ１
≦１０の範囲では、圧電セラミック板１２の厚み振動に
対するインピーダンス特性の山谷比は、圧電セラミック
板１２の拡がり振動に対するインピーダンス特性の山谷
比に対して、約３０ｄＢ以上も小さくなっている。これ
に対して、Ｓ、／Ｓ。

＜１．０もしくはＳ２／Ｓｌ＞１０の範囲では、上記厚
み振動に対するインピーダンス特性の山谷比は、上記波
がり振動に対するインピーダンス特性の山谷比に対して
、２０ｄＢないし３０ｄＢ程度小さくなっており、上記
厚み振動によるインピーダンス特性の山谷比は比較的大
きい。

従って、１．０≦Ｓ、／Ｓ、≦１０となるように、ドツ
ト電極１３の電極面積Ｓ１およびリング電極１４の電極
面積８２を設計すれば、圧電セラミック板１２の厚み振
動が抑圧されることが分る。また、このような面積比と
なるようにドツト電極１３およびリング電極１４の電極
面積８１およびＳ２を夫々設定した三端子型発振子１１
とインバータ１６とを組み合わせ、ドツト電極１３をイ
ンバータ１６の入力側に接続することにより、圧電セラ
ミック板１２の厚み振動によるスプリアス発振のない、
安定した発振回路を得ることができる。

なお、ドツト電極１３を、インバータ１６の出力側に接
続することも考えられるが、この場合はスプリアス特性
の向上は見られなかった。

また、上記実施例において、三端子型圧電共振子１１は
、圧電セラミック板１２が円形で、ドツト電極１３およ
びリング電極１４も円形のものであってもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三端子型発振子およびこの三端子
型発振子を使用した発振回路の説明図、第２図（ａ）は
三端子型発振子のインピーダンス特性図、第２図（ｂ）
は三端子型発振子のリング電極とドツト電極の面積比に
対する圧電板の拡がり振動基本波のインピーダンス山谷
比の変化を示す説明図、第３図は二端子型発振子を用い
た従来のコルピッツ発振回路の回路図、第４図（ａ）お
よび第４図（ｂ）は夫々従来の三端子型発振子の平面図
および底面図、第５図は第４図（ａ）および第４図（ｂ
）の三端子型発振子の圧電板の分極の説明図、第６図は
三端子型発振子の等価回路図である。 １１・・・三端子型発振子、１２・・・圧電セラミック
板、１３・・・ドツト電極、１４・・・リング電極、１
５・・・共通電極、１６・・・インバータ。 特許出願人゛株式会社村田製作所 代　理　人　　弁理士　青　　山　　葆ほか２名第１ｓ 第２図 −Ｍ壕枚 Ｏ（コし；シ言、０２ｆ１５ｆ）盲、０Ｓ２７ｓ、　　
（リンク゛面町ット潰緯麹）第３図 第５菌 第４図 （ｂ） 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧電板の主表面に同心状に形成されたドット状の
   ドット電極およびリング状のリング電極と圧電板の上記
   主表面に対向するいま一つの主表面に形成された共通電
   極とが上記圧電板を間にして対向しており、圧電板の上
   記ドット電極と共通電極との間の部分の分極方向と上記
   リング電極と共通電極との間の部分の分極方向とは互い
   に逆方向となっており、等価回路のドット電極−共通電
   極間静電容量Ｃｏ＿１、リング電極−共通電極間静電容
   量Ｃｏ＿２および理想変成器の変成比ｎが ０．５≦ｎＣｏ＿１／Ｃｏ＿２≦２ を満足する三端子型発振子において、 上記ドット電極の電極面積Ｓ＿１とリング電極の電極面
   積Ｓ＿２とは １．０≦Ｓ＿２／Ｓ＿１≦１０ を満足していることを特徴とする三端子型発振子。（２
   ）圧電板の主表面に同心状に形成されたドット状のドッ
   ト電極およびリング状のリング電極と圧電板の上記主表
   面に対向するいま一つの主表面に形成された共通電極と
   が上記圧電板を間にして対向しており、圧電板の上記ド
   ット電極と共通電極との間の部分の分極方向と上記リン
   グ電極と共通電極との間の部分の分極方向とは互いに逆
   方向となっており、等価回路のドット電極−共通電極間
   静電容量Ｃｏ＿１、リング電極−共通電極間静電容量Ｃ
   ｏ＿２および理想変成器の変成比ｎが ０．５≦ｎＣｏ＿１／Ｃｏ＿２≦２ を満足する三端子型発振子とインバータとを組み合わせ
   た発振回路において、 上記ドット電極の電極面積Ｓ＿１とリング電極の電極面
   積Ｓ＿２とは １．０≦Ｓ＿２／Ｓ＿１≦１０ を満足するとともに、上記三端子型発振子のドット電極
   およびリング電極が夫々インバータの入力側および出力
   側に接続されていることを特徴とする発振回路。