JPS641969B2 - - Google Patents
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- JPS641969B2 JPS641969B2 JP14364379A JP14364379A JPS641969B2 JP S641969 B2 JPS641969 B2 JP S641969B2 JP 14364379 A JP14364379 A JP 14364379A JP 14364379 A JP14364379 A JP 14364379A JP S641969 B2 JPS641969 B2 JP S641969B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- crystal oscillator
- compensation circuit
- compensation
- thermistor
- Prior art date
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- Expired
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L1/00—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply
- H03L1/02—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only
- H03L1/028—Stabilisation of generator output against variations of physical values, e.g. power supply against variations of temperature only of generators comprising piezoelectric resonators
Landscapes
- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
本発明はAT板水晶振動子を使用する水晶発振
器の広温度範囲に亘る温度補償に関するものであ
る。AT板水晶振動子を用いて発振器を作り、例
えば−30〜＋70℃の広温度範囲における周波数安
定度を±３×10-6以内に維持しようとする場合
は、従来は電圧制御水晶発振器とサーミスタを用
いた温度―電圧変換回路を組み合わせて温度補償
を行なう方法を採用するのが一般であつた。 しかしこの従来の方法では感度の高い電圧可変
容量ダイオードや温度安定度の優れた基準電圧発
生回路が必要であるため高価となり、さらに回路
構成が複雑になるために小型化に一定の限界を生
じるなどの欠点があつた。 一方第１図は従来から低温部補償回路として知
られた簡易な温度補償回路であつて、例えばこれ
を第１１図のTC部に挿入して用いるものである
が、この補償回路は低価格化、小型化に有利であ
る反面、−30〜＋70℃の広温度範囲に亘り水晶発
振器の特性を一様に補償することはとても不可能
である。本発明はこの第１図の系統の温度補償回
路に属するものであるが、上述の欠点を一掃して
小型化、低価格化を共に実現するものである。 本発明の温度補償回路は、第１図に示す補償回
路を２箇互に直列に接続して第２図の如く構成す
るものであつて、補償範囲を常温以下の低温部と
常温以上の高温部に分けて、それぞれを各箇の補
償回路に分担させて温度補償を行なうことを特徴
とする。以下図を用いてその説明を行なう。 従来にも本発明と同様な構成をもつて水晶発振
器の温度特性を補償するものがあり、例えば文献
（特公昭45−2404号）があるが、その開示する内
容は温度―周波数特性が放物線状に変化するBT
板水晶振動子の温度補償を行なうものであり、そ
のため補償用回路には互いに逆の抵抗―温度特性
を有する二つの抵抗素子（第２図のRP(T)を用いて
いる。これに対し本発明は３次曲線を示すAT板
水晶振動子の温度補償を対象とするものであつて
後述のように、抵抗素子RP(T)の抵抗―温度特性が
共に正となるところに大きい相違点を持つてい
る。 第１図の補償回路をそれと等価な直列回路に変
換したものが第３図である。第３図のRS(T)および
CS(T)は温度Ｔに於ける等価直列抵抗および等価直
列容量であつてそれぞれ以下に示す式(1)、(2)で表
わされる。すなわちコンデンサCPおよびCS(T)によ
るリアクタンスをXP＝１／ωCPおよびXS(T)＝１／
ωCS(T)で表現すれば RS(T)＝RP(T)／１＋（RP(T)／XP）2 …(1) XS(T)＝XP／１＋（XP／RP(T)）2 …(2) サーミスタRP(T)の基準温度点25℃（本発明の常
温即ち基準温度点は25℃を中心にしてほゞ±10℃
の範囲で選ぶことができる）における抵抗値を
RP(O)としてこれで(1)および(2)式の規準化を行なう
と、次の(3)および(4)式が得られる。 RS(T)／RP(O)＝β(T)／１＋β(T) 2／b2 …(3) XS(T)／XP＝１／１＋b2／β(T) 2 …(4) ただし β(T)＝RP(T)／RP(O) ｂ＝XP／RP(O)とする。 この(3)、(4)式により実際に数値計算を行なつた
ものを第４図に(3)式を点線で、(4)式を実線で示
す。（第４図の横軸β(T)はサーミスタRP(T)の各温度
における抵抗比であるがサーミスタの抵抗値は負
の温度係数をもつ、従つて横軸β(T)の右方向に行
くほど温度は低くなることと対応する）。 さてこの第２，３図の補償回路を発振ループ
（即ち第１１図のTC部）に挿入したときに得られ
る温度補償の効果を第４図をもちいて考察する場
合、発振周波数とは直接関係をもたないRS(T)／
RP(O)（点線の曲線）は無視することができ、XS(T)
の変化の度合いだけが直接発振周波数に変化を与
えるので、専らXS(T)／XPの実線の曲線だけに注
目すればよい。曲線はｂをパラメータとして描か
れているが、これをみるとｂ＝１の近辺のXS(T)／
XP曲線がβ(T)＝１の位置で大きく立上るため常温
25℃付近の温度補償に適し、またｂ＝10の近辺の
曲線が殊に低温部の温度補償に適し、更にｂ＝
0.1の近辺の曲線が殊に高温部の温度補償に適し
ていることがわかる。また高、低温の温度補償は
これを同時に、しかも互に他と無関係に行いうる
ことがわかる。以上は、第１図の補償回路を用い
る本発明の温度補償の基本原理となる。 本発明はすでに前述したように第１図の補償回
路を２個直列に接続して構成した第２図の如き補
償回路を用いる。第５図は本発明の水晶発振器の
等価回路である。ＹはAT板水晶振動子をシンボ
ルで示したもの、付記したγは水晶振動子Ｙの容
量比、COは電極間容量である。なおこの第５図
では、発振周波数に関係を持たないループゲイン
に関する部分は省略してある。この第５図の発振
回路の発振周波数を、水晶振動子の直列共振周
波数Sからの偏差量△＝―SをSで割つた式
で示すと周知の(5)式を得る。なおこの(5)式中の
CLは補償回路側の回路の全体の直列容量とする。 △／S＝CO／2γ（CO＋CL …(5) さて、温度補償を行なうにはこの式のCLを水
晶振動子の温度特性を相殺する方向に温度に従つ
て変化させる必要があるが、本発明に用いるAT
板水晶振動子の周波数温度特性は第６図に示す
AT板水晶振動子の特性曲線６１〜６４のうち曲
線がすべて斜線内に入つているような振動子が適
している。この理由は(4)式および第４図のXS(T)／
XP曲線から見てもわかるようにそのリアクタン
スが温度の変化に対して負特性を持つて変化して
いる（容量値は正特性）ためであり、このXS(T)／
XPを(5)式のCLにあてはめて考えてみると、本発
明の温度補償は低温部では発振周波数を上昇さ
せ、反対に高温部では下げる方向にのみ作用する
ことになるからである。 温度Ｔにおける周波数の偏差量を△(T)／S、
負荷容量をCL(T)として、(5)式を変形すると CL(T)＝（１／2γ・△(T)／S―１）CO …(6) となる。さらに基準温度TOにおける周波数の偏
差量を△(O)／S＝CO／2γ（CO＋CL(O)）、そのとき
の負 荷容量をCL(O)とし、温度Ｔにおける偏差量と基準
温度TOにおける偏差量の差を補償周波数量とよ
ぶことにし、これをM(T)とおけば M(T)＝△(T)／S―△(O)／S △(T)／S＝M(T)＋△(O)／＝M(T)＋CO／2γ（
CO＋CL(O) …(7) となり(7)式の右辺の第２項はSを含まない式とな
つてくる。 次に(6)式に(7)式を代入すると、 CL(T)＝｛CO＋CL(O)／2γM(T)（CO＋CL(O)＋CO―１｝
CO…(8) となるが、この(8)式は温度Ｔにおいて補償周波数
量M(T)を得るに必要な負荷容量（補償容量）CL(T)
を求める式である。 一方(4)式を変形し、CS(T)で表現すれば CS(T)＝（１＋b2／β(T) 2）CP …(9) となる。ここで(8)式と(9)式を用いて、第５図の発
振回路における本発明の補償回路条件、つまり素
子値RP(T)，CPを計算するためには、高、低温の
２箇の補償回路の１つを単純に固定コンデンサ、
すなわち第７図のCaの如く見たてゝ第７図の等
価回路を解析する方法が簡単である。この場合、
すでに前述しているように補償回路の１つは常温
以下の低温部、他の１つは常温以上の高温部に補
償範囲を限定してそれぞれ計算を行ない、後でこ
の２者を合成した総合の補償特性を吟味しても大
きい誤差を生ずることはない。 第７図において、CS(T)とCL(T)の関係を求めると CL(T)＝CaCS(T)／Ca＋CS(T) ∴CS(T)＝−CL(T)Ca／CL(T)―Ca …(10) となる。(8)式および(10)式により温度T1，T2にて
必要な水晶振動子の補償容量がそれぞれCS(T1)，
CS(T2)と求まれば、(9)式から次式が成立する。 CS(T1)＝（１＋b2／β1 2）CP …(11) CS(T2)＝（１＋b2／β2 2）CP …(12) この(11)、(12)式をCPおよびｂについて解けば必
要な素子値RP(O)，CPが次式の如く得られる。 ∴CP＝CS(T2)β2 2―CS(T1)β1 2／β2 2―β1 2…（14） ∴RP(O)＝XC／ｂ＝１／ωCPｂ …（15） さて次にはこれらの計算式を用いて第８図に示
す曲線Ａを補償するに必要な補償回路の素子値を
実際に計算してみる。なお第８図の曲線Ａは周波
数12.8MHzにおける水晶振動子の温度特性の実
測例である。 先ず低温部補償回路の設計として、温度０℃を
T1、温度−30℃をT2とし、このT1，T2における
前述の補償周波数量M(T)を、第８図の曲線Ａから
それぞれM1＝＋4.3×10-6、M2＝＋26×10-6とす
る。低温部補償回路に用いるサーミスタのＢ定数
が3000〓のものを使用するとして、第９図よりサ
ーミスタの抵抗比β(T)をそれぞれβ1＝2.5、β2＝9.8
とする（第９図はサーミスタの温度対抵抗比のグ
ラフである）。さらに補償を行なう水晶振動子の
γはγ＝217、COはCO＝4.25PFと実際的数値を用
い、基準温度点TOをTO＝＋25℃とし、このとき
のCL(O)はCL(O)＝100PFとする。なお周波数は
12.8MHzとする。表１にはこれらの数値および
計算して得た素子値CP，RP(O)をまとめてある。
なお高温部補償回路は、前述のように固定コンデ
ンサCaと単純化し、Ca＝101PFとして計算して
ある。 次には、同様に高温部補償回路の設計を行なう
のであるが、高温部の場合は温度＋25℃をT1、
温度＋70℃をT2とした方が計算による誤差が少
なくてすむ。このT1を基準温度点TOに等しくす
る理由は、CL(O)がCL(O)＝100PFの場合、低温部補
償回路のCS(O)は(9)式に表１のCP、ｂおよびβ＝１
を代入して計算するとCS(O)＝9602PFとなつて、
CL(O)≪CS(O)であるためにCL(O)は高温部補償回路の
CS(O)により殆んど決定されるからである。従つて
M1＝０従つてこのときのβ1＝１とし以下低温部
補償回路の設計と同様に、M2＝−12×10-6、β2
＝0.21とする。なお高温部補償回路に用いるサー
ミスタのＢ定数はＢ＝3550〓とし、低温部補償回
路はCa＝9602PFと固定して計算を行なう。 表１にこれらの数値および計算した結果をまと
めてある。
器の広温度範囲に亘る温度補償に関するものであ
る。AT板水晶振動子を用いて発振器を作り、例
えば−30〜＋70℃の広温度範囲における周波数安
定度を±３×10-6以内に維持しようとする場合
は、従来は電圧制御水晶発振器とサーミスタを用
いた温度―電圧変換回路を組み合わせて温度補償
を行なう方法を採用するのが一般であつた。 しかしこの従来の方法では感度の高い電圧可変
容量ダイオードや温度安定度の優れた基準電圧発
生回路が必要であるため高価となり、さらに回路
構成が複雑になるために小型化に一定の限界を生
じるなどの欠点があつた。 一方第１図は従来から低温部補償回路として知
られた簡易な温度補償回路であつて、例えばこれ
を第１１図のTC部に挿入して用いるものである
が、この補償回路は低価格化、小型化に有利であ
る反面、−30〜＋70℃の広温度範囲に亘り水晶発
振器の特性を一様に補償することはとても不可能
である。本発明はこの第１図の系統の温度補償回
路に属するものであるが、上述の欠点を一掃して
小型化、低価格化を共に実現するものである。 本発明の温度補償回路は、第１図に示す補償回
路を２箇互に直列に接続して第２図の如く構成す
るものであつて、補償範囲を常温以下の低温部と
常温以上の高温部に分けて、それぞれを各箇の補
償回路に分担させて温度補償を行なうことを特徴
とする。以下図を用いてその説明を行なう。 従来にも本発明と同様な構成をもつて水晶発振
器の温度特性を補償するものがあり、例えば文献
（特公昭45−2404号）があるが、その開示する内
容は温度―周波数特性が放物線状に変化するBT
板水晶振動子の温度補償を行なうものであり、そ
のため補償用回路には互いに逆の抵抗―温度特性
を有する二つの抵抗素子（第２図のRP(T)を用いて
いる。これに対し本発明は３次曲線を示すAT板
水晶振動子の温度補償を対象とするものであつて
後述のように、抵抗素子RP(T)の抵抗―温度特性が
共に正となるところに大きい相違点を持つてい
る。 第１図の補償回路をそれと等価な直列回路に変
換したものが第３図である。第３図のRS(T)および
CS(T)は温度Ｔに於ける等価直列抵抗および等価直
列容量であつてそれぞれ以下に示す式(1)、(2)で表
わされる。すなわちコンデンサCPおよびCS(T)によ
るリアクタンスをXP＝１／ωCPおよびXS(T)＝１／
ωCS(T)で表現すれば RS(T)＝RP(T)／１＋（RP(T)／XP）2 …(1) XS(T)＝XP／１＋（XP／RP(T)）2 …(2) サーミスタRP(T)の基準温度点25℃（本発明の常
温即ち基準温度点は25℃を中心にしてほゞ±10℃
の範囲で選ぶことができる）における抵抗値を
RP(O)としてこれで(1)および(2)式の規準化を行なう
と、次の(3)および(4)式が得られる。 RS(T)／RP(O)＝β(T)／１＋β(T) 2／b2 …(3) XS(T)／XP＝１／１＋b2／β(T) 2 …(4) ただし β(T)＝RP(T)／RP(O) ｂ＝XP／RP(O)とする。 この(3)、(4)式により実際に数値計算を行なつた
ものを第４図に(3)式を点線で、(4)式を実線で示
す。（第４図の横軸β(T)はサーミスタRP(T)の各温度
における抵抗比であるがサーミスタの抵抗値は負
の温度係数をもつ、従つて横軸β(T)の右方向に行
くほど温度は低くなることと対応する）。 さてこの第２，３図の補償回路を発振ループ
（即ち第１１図のTC部）に挿入したときに得られ
る温度補償の効果を第４図をもちいて考察する場
合、発振周波数とは直接関係をもたないRS(T)／
RP(O)（点線の曲線）は無視することができ、XS(T)
の変化の度合いだけが直接発振周波数に変化を与
えるので、専らXS(T)／XPの実線の曲線だけに注
目すればよい。曲線はｂをパラメータとして描か
れているが、これをみるとｂ＝１の近辺のXS(T)／
XP曲線がβ(T)＝１の位置で大きく立上るため常温
25℃付近の温度補償に適し、またｂ＝10の近辺の
曲線が殊に低温部の温度補償に適し、更にｂ＝
0.1の近辺の曲線が殊に高温部の温度補償に適し
ていることがわかる。また高、低温の温度補償は
これを同時に、しかも互に他と無関係に行いうる
ことがわかる。以上は、第１図の補償回路を用い
る本発明の温度補償の基本原理となる。 本発明はすでに前述したように第１図の補償回
路を２個直列に接続して構成した第２図の如き補
償回路を用いる。第５図は本発明の水晶発振器の
等価回路である。ＹはAT板水晶振動子をシンボ
ルで示したもの、付記したγは水晶振動子Ｙの容
量比、COは電極間容量である。なおこの第５図
では、発振周波数に関係を持たないループゲイン
に関する部分は省略してある。この第５図の発振
回路の発振周波数を、水晶振動子の直列共振周
波数Sからの偏差量△＝―SをSで割つた式
で示すと周知の(5)式を得る。なおこの(5)式中の
CLは補償回路側の回路の全体の直列容量とする。 △／S＝CO／2γ（CO＋CL …(5) さて、温度補償を行なうにはこの式のCLを水
晶振動子の温度特性を相殺する方向に温度に従つ
て変化させる必要があるが、本発明に用いるAT
板水晶振動子の周波数温度特性は第６図に示す
AT板水晶振動子の特性曲線６１〜６４のうち曲
線がすべて斜線内に入つているような振動子が適
している。この理由は(4)式および第４図のXS(T)／
XP曲線から見てもわかるようにそのリアクタン
スが温度の変化に対して負特性を持つて変化して
いる（容量値は正特性）ためであり、このXS(T)／
XPを(5)式のCLにあてはめて考えてみると、本発
明の温度補償は低温部では発振周波数を上昇さ
せ、反対に高温部では下げる方向にのみ作用する
ことになるからである。 温度Ｔにおける周波数の偏差量を△(T)／S、
負荷容量をCL(T)として、(5)式を変形すると CL(T)＝（１／2γ・△(T)／S―１）CO …(6) となる。さらに基準温度TOにおける周波数の偏
差量を△(O)／S＝CO／2γ（CO＋CL(O)）、そのとき
の負 荷容量をCL(O)とし、温度Ｔにおける偏差量と基準
温度TOにおける偏差量の差を補償周波数量とよ
ぶことにし、これをM(T)とおけば M(T)＝△(T)／S―△(O)／S △(T)／S＝M(T)＋△(O)／＝M(T)＋CO／2γ（
CO＋CL(O) …(7) となり(7)式の右辺の第２項はSを含まない式とな
つてくる。 次に(6)式に(7)式を代入すると、 CL(T)＝｛CO＋CL(O)／2γM(T)（CO＋CL(O)＋CO―１｝
CO…(8) となるが、この(8)式は温度Ｔにおいて補償周波数
量M(T)を得るに必要な負荷容量（補償容量）CL(T)
を求める式である。 一方(4)式を変形し、CS(T)で表現すれば CS(T)＝（１＋b2／β(T) 2）CP …(9) となる。ここで(8)式と(9)式を用いて、第５図の発
振回路における本発明の補償回路条件、つまり素
子値RP(T)，CPを計算するためには、高、低温の
２箇の補償回路の１つを単純に固定コンデンサ、
すなわち第７図のCaの如く見たてゝ第７図の等
価回路を解析する方法が簡単である。この場合、
すでに前述しているように補償回路の１つは常温
以下の低温部、他の１つは常温以上の高温部に補
償範囲を限定してそれぞれ計算を行ない、後でこ
の２者を合成した総合の補償特性を吟味しても大
きい誤差を生ずることはない。 第７図において、CS(T)とCL(T)の関係を求めると CL(T)＝CaCS(T)／Ca＋CS(T) ∴CS(T)＝−CL(T)Ca／CL(T)―Ca …(10) となる。(8)式および(10)式により温度T1，T2にて
必要な水晶振動子の補償容量がそれぞれCS(T1)，
CS(T2)と求まれば、(9)式から次式が成立する。 CS(T1)＝（１＋b2／β1 2）CP …(11) CS(T2)＝（１＋b2／β2 2）CP …(12) この(11)、(12)式をCPおよびｂについて解けば必
要な素子値RP(O)，CPが次式の如く得られる。 ∴CP＝CS(T2)β2 2―CS(T1)β1 2／β2 2―β1 2…（14） ∴RP(O)＝XC／ｂ＝１／ωCPｂ …（15） さて次にはこれらの計算式を用いて第８図に示
す曲線Ａを補償するに必要な補償回路の素子値を
実際に計算してみる。なお第８図の曲線Ａは周波
数12.8MHzにおける水晶振動子の温度特性の実
測例である。 先ず低温部補償回路の設計として、温度０℃を
T1、温度−30℃をT2とし、このT1，T2における
前述の補償周波数量M(T)を、第８図の曲線Ａから
それぞれM1＝＋4.3×10-6、M2＝＋26×10-6とす
る。低温部補償回路に用いるサーミスタのＢ定数
が3000〓のものを使用するとして、第９図よりサ
ーミスタの抵抗比β(T)をそれぞれβ1＝2.5、β2＝9.8
とする（第９図はサーミスタの温度対抵抗比のグ
ラフである）。さらに補償を行なう水晶振動子の
γはγ＝217、COはCO＝4.25PFと実際的数値を用
い、基準温度点TOをTO＝＋25℃とし、このとき
のCL(O)はCL(O)＝100PFとする。なお周波数は
12.8MHzとする。表１にはこれらの数値および
計算して得た素子値CP，RP(O)をまとめてある。
なお高温部補償回路は、前述のように固定コンデ
ンサCaと単純化し、Ca＝101PFとして計算して
ある。 次には、同様に高温部補償回路の設計を行なう
のであるが、高温部の場合は温度＋25℃をT1、
温度＋70℃をT2とした方が計算による誤差が少
なくてすむ。このT1を基準温度点TOに等しくす
る理由は、CL(O)がCL(O)＝100PFの場合、低温部補
償回路のCS(O)は(9)式に表１のCP、ｂおよびβ＝１
を代入して計算するとCS(O)＝9602PFとなつて、
CL(O)≪CS(O)であるためにCL(O)は高温部補償回路の
CS(O)により殆んど決定されるからである。従つて
M1＝０従つてこのときのβ1＝１とし以下低温部
補償回路の設計と同様に、M2＝−12×10-6、β2
＝0.21とする。なお高温部補償回路に用いるサー
ミスタのＢ定数はＢ＝3550〓とし、低温部補償回
路はCa＝9602PFと固定して計算を行なう。 表１にこれらの数値および計算した結果をまと
めてある。
【表】
以上の如くして得られた素子値を用いて−30〜
＋80℃の温度範囲において得られるM(T)を表２に
まとめ、さらにこれらの補償回路を本発明の如く
用いて第８図の曲線Ａの高、低温部を補償した結
果を同図の曲線Ｂとして記載した。
＋80℃の温度範囲において得られるM(T)を表２に
まとめ、さらにこれらの補償回路を本発明の如く
用いて第８図の曲線Ａの高、低温部を補償した結
果を同図の曲線Ｂとして記載した。
【表】
本発明による補償法は第８図の曲線Ｂにみられ
るように、AT板水晶振動子の周波数温度特性
を、−30〜＋80℃の広温度範囲において±1.5×
10-6以下に補償する能力を持つている。これは第
１図の補償回路だけでは到底実現できない温度補
償の効果である。 本発明の特長は、２箇の独立した補償回路を直
列に接続して、直接水晶振動子に接続することに
より低温部及び高温部の両部においてともに温度
補償の効果が得られるようにしたところにある。 この高、低温部の補償を互に独立して動作をさ
せるための設計条件は、並列コンデンサのリアク
タンスとサーミスタの常温における抵抗値との比
つまり（13）式のｂが低温部補償回路においては
ｂ＞６、高温部補償回路においてはｂ＜0.1にし
なければならない。その理由は第４図のXS(T)／
XP曲線のｂ＝0.1およびｂ＝７の曲線で説明する
と、ｂ＝0.1では低温部において、ｂ＝７では高
温部においてそれぞれリアクタの変化が少なく互
に発振周波数に影響を与えることがないからであ
る。このことは表２の低温および高温部のM(T)を
見ればさらに明白となろう。 次には補償回路の感度調整方法について説明を
行なう。 第２図に示す本発明の補償回路では水晶振動子
のγやCOが製造のバラツキによつて変化する場
合や、温度特性がその振動板のカツトアングルに
よつて例えば第６図の如く様々に変化する場合に
は個々にRP、CPを選定してその都度補償回路の
設計を行なう必要がありこのままでは殊に低価格
を要求される水晶発振器の生産には適しない。こ
れを補なう手段としてサーミスタの感度調整を行
なうために、低温部用補償回路においてはサーミ
スタと並列に調整用抵抗を挿入し、高温部用補償
回路においてはサーミスタと直列に調整用抵抗を
挿入する。第１０図にはその抵抗を挿入した補償
回路を示した。これらの調整用抵抗を可変抵抗器
やPINダイオード等の半導体デバイスの等価抵抗
でも代用できることは周知である。このような調
整用抵抗の挿入によれば低温または高温部におい
て大きい感度調整が可能となる一方常温近辺では
その影響が殆んどないと云う効果が得られる。低
温部と高温部において感度調整用抵抗の挿入方法
が異なる理由を第４図のXS(T)／XS曲線で説明す
ると、低温部においては（ｂ＝７曲線）サーミス
タに並列に抵抗を挿入することによつて、ｂが大
きくなり感度が低下するが、常温以上ではリアク
タンスが飽和しているため周波数の変化は少な
い。一方高温部においては（ｂ＝0.1曲線）サー
ミスタに直列に抵抗を挿入することによつて、ｂ
が小さくなり感度が低下するが、常温以下ではリ
アクタンスが飽和しているため周波数の変化は少
ないからである。このようにサーミスタの感度調
整を低温および高温部においてそれぞれ独立して
行ないうることは工業上極めて有益である。 さて第１０図における低温部補償回路（Ｌの部
分）および高温部補償回路（Ｈの部分）のCS(T)を
(9)式を導いたのと同要領でそれぞれ求めるときは
（16）、（17）式を得る。 CS(T)＝｛１＋（ａ＋β(T) 2）／β(T) 2・b2／a2｝CP
…（16） CS(T)＝｛１＋b2／（ａ＋β(T) 2）｝CP …（17） ただしRC／RP(O)＝ａとする。 従つてあらかじめ適宜設計選定されたｂおよび
CPを用いそれにRCを添加して所望の任意のCS(T)
を得るためのａの値を（16）、（17）式よりそれぞ
れ求めて見ると、 となる。CS(T)CPおよびａ＞０の条件を満足する
範囲内で感度調整用RCの値は低温部においては
（18）式、高温部においては（19）式によつて決
定されることになる。 このRCの実際的な使用方法は、このRCを可変
抵抗器で代用し、基準温度TOにおける発振周波
数に、温度T2における発振周波数が一致するよ
うに可変抵抗器を調整するのが確実であり簡単で
もある。表３には前に設計を行なつた（表１）補
償回路にRCを添加した場合の補償周波数量M(T)を
前述のａ値別に記載した。この表３のM(T)をみる
とき、サーミスタに並列または直列挿入した調整
用抵抗により、低温部（または高温部）において
大きく感度調整がなされていることおよび＋25℃
以上の高温部（または＋25℃以下の低温部）にお
いてその影響が殆んど現れないことがわかる。
るように、AT板水晶振動子の周波数温度特性
を、−30〜＋80℃の広温度範囲において±1.5×
10-6以下に補償する能力を持つている。これは第
１図の補償回路だけでは到底実現できない温度補
償の効果である。 本発明の特長は、２箇の独立した補償回路を直
列に接続して、直接水晶振動子に接続することに
より低温部及び高温部の両部においてともに温度
補償の効果が得られるようにしたところにある。 この高、低温部の補償を互に独立して動作をさ
せるための設計条件は、並列コンデンサのリアク
タンスとサーミスタの常温における抵抗値との比
つまり（13）式のｂが低温部補償回路においては
ｂ＞６、高温部補償回路においてはｂ＜0.1にし
なければならない。その理由は第４図のXS(T)／
XP曲線のｂ＝0.1およびｂ＝７の曲線で説明する
と、ｂ＝0.1では低温部において、ｂ＝７では高
温部においてそれぞれリアクタの変化が少なく互
に発振周波数に影響を与えることがないからであ
る。このことは表２の低温および高温部のM(T)を
見ればさらに明白となろう。 次には補償回路の感度調整方法について説明を
行なう。 第２図に示す本発明の補償回路では水晶振動子
のγやCOが製造のバラツキによつて変化する場
合や、温度特性がその振動板のカツトアングルに
よつて例えば第６図の如く様々に変化する場合に
は個々にRP、CPを選定してその都度補償回路の
設計を行なう必要がありこのままでは殊に低価格
を要求される水晶発振器の生産には適しない。こ
れを補なう手段としてサーミスタの感度調整を行
なうために、低温部用補償回路においてはサーミ
スタと並列に調整用抵抗を挿入し、高温部用補償
回路においてはサーミスタと直列に調整用抵抗を
挿入する。第１０図にはその抵抗を挿入した補償
回路を示した。これらの調整用抵抗を可変抵抗器
やPINダイオード等の半導体デバイスの等価抵抗
でも代用できることは周知である。このような調
整用抵抗の挿入によれば低温または高温部におい
て大きい感度調整が可能となる一方常温近辺では
その影響が殆んどないと云う効果が得られる。低
温部と高温部において感度調整用抵抗の挿入方法
が異なる理由を第４図のXS(T)／XS曲線で説明す
ると、低温部においては（ｂ＝７曲線）サーミス
タに並列に抵抗を挿入することによつて、ｂが大
きくなり感度が低下するが、常温以上ではリアク
タンスが飽和しているため周波数の変化は少な
い。一方高温部においては（ｂ＝0.1曲線）サー
ミスタに直列に抵抗を挿入することによつて、ｂ
が小さくなり感度が低下するが、常温以下ではリ
アクタンスが飽和しているため周波数の変化は少
ないからである。このようにサーミスタの感度調
整を低温および高温部においてそれぞれ独立して
行ないうることは工業上極めて有益である。 さて第１０図における低温部補償回路（Ｌの部
分）および高温部補償回路（Ｈの部分）のCS(T)を
(9)式を導いたのと同要領でそれぞれ求めるときは
（16）、（17）式を得る。 CS(T)＝｛１＋（ａ＋β(T) 2）／β(T) 2・b2／a2｝CP
…（16） CS(T)＝｛１＋b2／（ａ＋β(T) 2）｝CP …（17） ただしRC／RP(O)＝ａとする。 従つてあらかじめ適宜設計選定されたｂおよび
CPを用いそれにRCを添加して所望の任意のCS(T)
を得るためのａの値を（16）、（17）式よりそれぞ
れ求めて見ると、 となる。CS(T)CPおよびａ＞０の条件を満足する
範囲内で感度調整用RCの値は低温部においては
（18）式、高温部においては（19）式によつて決
定されることになる。 このRCの実際的な使用方法は、このRCを可変
抵抗器で代用し、基準温度TOにおける発振周波
数に、温度T2における発振周波数が一致するよ
うに可変抵抗器を調整するのが確実であり簡単で
もある。表３には前に設計を行なつた（表１）補
償回路にRCを添加した場合の補償周波数量M(T)を
前述のａ値別に記載した。この表３のM(T)をみる
とき、サーミスタに並列または直列挿入した調整
用抵抗により、低温部（または高温部）において
大きく感度調整がなされていることおよび＋25℃
以上の高温部（または＋25℃以下の低温部）にお
いてその影響が殆んど現れないことがわかる。
【表】
【表】
最後に、本発明の装置の出力レベルの安定化に
ついて説明を行なう。第１１図は本発明の具体的
な回路図である。この回路は抵抗R3を短絡すれ
ば、曲型的なコレクタ接地型のコルピツツ回路に
なる。この回路において従来行なわれているよう
に発振出力をトランジスタTRのエミツタからコ
ンデンサC4を介して出力端子OUT Ｂから取り出
すときは、前述の補償回路の直列抵抗値RS(T)の変
化が直接発振レベルに影響するので好ましくな
い。そのRS(T)値を表１に記載した素子値の条件で
(1)式により−30〜＋80℃の温度範囲で計算したの
が表４である。表４に示す総合のRS(T)値をみると
き−30℃においては＋25℃のときの1.32倍、＋80
℃においては＋25℃のときの2.85倍となりこのた
め出力レベルは第１２図の曲線Ｂのように大きく
変動するのである。
ついて説明を行なう。第１１図は本発明の具体的
な回路図である。この回路は抵抗R3を短絡すれ
ば、曲型的なコレクタ接地型のコルピツツ回路に
なる。この回路において従来行なわれているよう
に発振出力をトランジスタTRのエミツタからコ
ンデンサC4を介して出力端子OUT Ｂから取り出
すときは、前述の補償回路の直列抵抗値RS(T)の変
化が直接発振レベルに影響するので好ましくな
い。そのRS(T)値を表１に記載した素子値の条件で
(1)式により−30〜＋80℃の温度範囲で計算したの
が表４である。表４に示す総合のRS(T)値をみると
き−30℃においては＋25℃のときの1.32倍、＋80
℃においては＋25℃のときの2.85倍となりこのた
め出力レベルは第１２図の曲線Ｂのように大きく
変動するのである。
【表】
ところが、その解決方法として、第１１図のよ
うに抵抗R3を置いてトランジスタTRのコレクタ
からコンデンサC5を介して発振出力を出力端子
OUT Ａから取り出すときは、前述したRS(T)の変
化による出力レベルの変動は殆んど無くなり、出
力レベルは第１２図の曲線Ａのように極めて安定
したものとなる。これはこの場合の出力がトラン
ジスタのベース過入力時におけるコレクタ出力の
飽和効果を利用したものとなつているからであ
る。（なお第１１図の発振回路における発振定常
時のベース入力は過入力になつているものと考え
られる。） 以上この発明は、上述したように極めて単純な
回路構成によつて、AT板を使用した水晶発振器
の周波数温度特性を、−30〜＋80℃の広温度範囲
にわたり極めて強力に改善する特長をもちその効
果は著るしく、工業上極めて有用な発明というべ
きである。 なお、前述したように本発明の可変抵抗器RC
はこれを、ダイオード、トランジスタ等の半導体
抵抗素子で構成することが可能である。そしてこ
のときのそれらの抵抗素子の抵抗値は（ダイオー
ド又はトランジスタのベース・エミツタ間に流
す）直流電流値又は（FETのゲートに印加する）
直流電圧値によつて変化させることができる。
（ダイオードはPIN型を使用して好成績を納め
る）。 かゝる直流電流・電圧による水晶発振器の周波
数温度特性の補償の制御は、間接的な温度補償の
添加の可能性を示唆して興味がある。
うに抵抗R3を置いてトランジスタTRのコレクタ
からコンデンサC5を介して発振出力を出力端子
OUT Ａから取り出すときは、前述したRS(T)の変
化による出力レベルの変動は殆んど無くなり、出
力レベルは第１２図の曲線Ａのように極めて安定
したものとなる。これはこの場合の出力がトラン
ジスタのベース過入力時におけるコレクタ出力の
飽和効果を利用したものとなつているからであ
る。（なお第１１図の発振回路における発振定常
時のベース入力は過入力になつているものと考え
られる。） 以上この発明は、上述したように極めて単純な
回路構成によつて、AT板を使用した水晶発振器
の周波数温度特性を、−30〜＋80℃の広温度範囲
にわたり極めて強力に改善する特長をもちその効
果は著るしく、工業上極めて有用な発明というべ
きである。 なお、前述したように本発明の可変抵抗器RC
はこれを、ダイオード、トランジスタ等の半導体
抵抗素子で構成することが可能である。そしてこ
のときのそれらの抵抗素子の抵抗値は（ダイオー
ド又はトランジスタのベース・エミツタ間に流
す）直流電流値又は（FETのゲートに印加する）
直流電圧値によつて変化させることができる。
（ダイオードはPIN型を使用して好成績を納め
る）。 かゝる直流電流・電圧による水晶発振器の周波
数温度特性の補償の制御は、間接的な温度補償の
添加の可能性を示唆して興味がある。
第１図は従来低温部補償用として知られていた
温度補償回路、第２図は本発明の温度補償回路、
第３図は第１図を直列に等価変換した回路、第４
図は第３図のRS(T)，XS(T)を計算したグラフ、第５
図は本発明の発振回路の等価回路図、第６図は
AT板水晶振動子の切断角度による温度特性のグ
ラフ、第７図は補償回路を設計するための等価回
路、第８図は水晶振動子の温度特性と補償後の特
性を示すグラフ、第９図はサーミスタの温度特性
を示すグラフ、第１０図は補償感度調整用抵抗を
挿入した補償回路、第１１図は本発明を実施した
場合の具体的な回路図、第１２図は発振出力の温
度特性を示す実測のグラフを示す。 Ｙ…水晶振動子、RP(T)…サーミスタ（及びその
抵抗値）、CP…コンデンサ、RC…可変抵抗器、CL
…負荷容量。
温度補償回路、第２図は本発明の温度補償回路、
第３図は第１図を直列に等価変換した回路、第４
図は第３図のRS(T)，XS(T)を計算したグラフ、第５
図は本発明の発振回路の等価回路図、第６図は
AT板水晶振動子の切断角度による温度特性のグ
ラフ、第７図は補償回路を設計するための等価回
路、第８図は水晶振動子の温度特性と補償後の特
性を示すグラフ、第９図はサーミスタの温度特性
を示すグラフ、第１０図は補償感度調整用抵抗を
挿入した補償回路、第１１図は本発明を実施した
場合の具体的な回路図、第１２図は発振出力の温
度特性を示す実測のグラフを示す。 Ｙ…水晶振動子、RP(T)…サーミスタ（及びその
抵抗値）、CP…コンデンサ、RC…可変抵抗器、CL
…負荷容量。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ AT板水晶振動子と増幅器とを含む水晶発振
器に於いて、前記水晶振動子に直列に、ともにコ
ンデンサと負の温度特性をもつサーミスタの並列
回路で構成される、常温を基準とする低温部補償
用及び高温部補償用の２個の温度補償回路を、互
に直列に接続して挿入するとともに、前記コンデ
ンサ値と前記補償回路の等価直列容量値との比の
温度変化に対する変化量が、低温部補償回路では
常温以上に於いては僅少であるが低温に於いて大
きくなるように、又、高温部補償回路では常温以
下に於いては僅少であるが高温部に於いては大き
くなるように夫々前記コンデンサとサーミスタの
値を設定したことを特徴とする温度補償型の水晶
発振器。 ２ 前記温度補償回路のコンデンサのリアクタン
スと前記サーミスタの常温における抵抗値の比を
前記低温部補償回路においては６以上、前記高温
部補償回路においては0.1以下に選定することに
よつて互いに一方の温度補償領域において他方の
温度補償回路のリアクタンス変化がほぼ一定にな
るよう設定したことを特徴とする特許請求の範囲
第１項記載の温度補償型の水晶発振器。 ３ 前記温度補償回路の補償感度調整用として、
低温部補償回路においてはサーミスタに並列に抵
抗を挿入し、高温部補償回路においてはサーミス
タに直列に抵抗を挿入したことを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の温度補償型の水晶発振
器。 ４ 前記抵抗を可変抵抗器としたことを特徴とす
る特許請求の範囲第３項記載の温度補償型の水晶
発振器。 ５ 前記抵抗が直流電流又は直流電圧によりその
等価抵抗値を変化する半導体抵抗素子であること
を特徴とする特許請求の範囲第３項記載の温度補
償型の水晶発振器。 ６ 前記半導体抵抗素子がダイオードであること
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載の温度補
償型の水晶発振器。 ７ 前記半導体抵抗素子がトランジスタであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の温度
補償型の水晶発振器。 ８ 前記増幅器としてトランジスタを用い、かつ
該トランジスタのコレクタを等価的に接地した水
晶発振器に於いて、そのコレクタと接地間に抵抗
を挿入し、該コレクタから発振出力を導出したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第７項
記載いずれかの温度補償型の水晶発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14364379A JPS5668002A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Quartz oscillator of temperature compensation type |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14364379A JPS5668002A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Quartz oscillator of temperature compensation type |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5668002A JPS5668002A (en) | 1981-06-08 |
| JPS641969B2 true JPS641969B2 (ja) | 1989-01-13 |
Family
ID=15343544
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14364379A Granted JPS5668002A (en) | 1979-11-06 | 1979-11-06 | Quartz oscillator of temperature compensation type |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5668002A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6181208U (ja) * | 1984-10-30 | 1986-05-29 | ||
| JPH0416490Y2 (ja) * | 1986-06-26 | 1992-04-14 | ||
| JPS6367836U (ja) * | 1986-10-17 | 1988-05-07 | ||
| JPH0441605Y2 (ja) * | 1987-03-31 | 1992-09-30 | ||
| JPH0441606Y2 (ja) * | 1987-03-31 | 1992-09-30 | ||
| JPH077888B2 (ja) * | 1987-08-19 | 1995-01-30 | 日本電波工業株式会社 | 圧電発振器及びその製造方法 |
| DE69433900T2 (de) * | 1993-01-25 | 2005-07-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd., Kadoma | Temperaturkompensierter Quarzoszillator |
-
1979
- 1979-11-06 JP JP14364379A patent/JPS5668002A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5668002A (en) | 1981-06-08 |
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