JP2000196355A - 温度制御回路 - Google Patents

温度制御回路

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JP2000196355A
JP2000196355A JP10368643A JP36864398A JP2000196355A JP 2000196355 A JP2000196355 A JP 2000196355A JP 10368643 A JP10368643 A JP 10368643A JP 36864398 A JP36864398 A JP 36864398A JP 2000196355 A JP2000196355 A JP 2000196355A
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JP
Japan
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circuit
control circuit
heater
fet
transistor
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JP10368643A
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English (en)
Inventor
Tomio Sato
富雄 佐藤
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 周波数の安定性に優れ、且つ、低価格な圧電
発振器を提供する。 【解決手段】 感熱素子THRと接合型FETとの直列回路を
ゲートバイアス回路とするMOSFETを備える制御回路と、
該制御回路の出力が供給されるパワートランジスタTR2
を増幅素子とする増幅回路と、該増幅回路の出力に基づ
き加熱するヒータHとを備える温度制御回路であり、更
に、前記トランジスタTR2の出力の一部を前記FET4の入
力に帰還抵抗を介し供給する構成としたことにより、前
記トランジスタTR2の増幅率のバラツキに伴なう圧電発
振器の歩留りを改善することが可能ととなり、これによ
り経年変化に対し圧電発振器の周波数安定度が高くなる
という効果を奏する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度制御回路に関
し、特に、恒温槽型水晶発振器(OCXO)に使用する
温度制御回路に関する。
【0002】
【従来の技術】通信機器の基準信号源に用いられる水晶
発振器には、温度変化に対して出力周波数が安定してい
ることが求められている。一般に水晶発振器の中でも極
めて高い周波数安定度が得られるものとしては、電気的
特性が温度の影響を受け易い水晶振動子等の電子部品を
一定温度に保たれた恒温槽内に収納した恒温槽型水晶発
振器(OCXO)が知られており、これにより例えば1
×10-7ppm〜5×10-10ppm/0℃〜+60℃と極め
て高い周波数安定度が得られる。
【0003】図3は前記恒温槽の槽内温度を制御する為
の温度制御回路の一例を示す回路図である。同図に示す
温度制御回路は、ヒータHと該ヒータHへの供給電流を
制御するトランジスタTR1とを備えたヒータ回路101
と、トランジスタTR2とそのベースバイアス用の抵抗R
1、とサーミスタTHR及びコレクタ抵抗R3と、電圧安定化
回路102とを備えた制御回路103と、前記トランジ
スタTR1のベースとトランジスタTR2のコレクタ間を接続
する抵抗R6及び、所要部に接続したバイパスコンデンサ
C1、C2、C3とから構成している。
【0004】この様に構成した前記温度制御回路は、前
記サーミスタTHRの抵抗値が温度によって変化するのに
伴い前記ヒータHに流れる電流が変化するのを利用して
ヒータHの加熱温度を制御して、水晶振動子等の電子部
品を所定の温度に保温するものである。即ち、温度が上
昇した場合、前記サーミスタTHRの抵抗値が小さくな
り、これに伴なって前記トランジスタTR2のベース電圧
が上昇する。これに応じて該トランジスタTR2のベース
・コレクタ間の電圧は小さくなるからコレクタ電流が減
少する。
【0005】その結果、前記ヒータ回路101へ供給さ
れる制御電流が減少する為、前記ヒータHに流れる電流
が減少し、その発熱量が小さくなる。尚、更に温度が上
昇してサーミスタTHRの抵抗値が小さくなって、前記ト
ランジスタTR2のベース電流が更に小さくなりコレクタ
電圧が0.7V以下となればトランジスタTR1がオフ状態と
なりヒータ電流がゼロとなる。一方、温度が低下すると
サーミスタTHRの抵抗値が大きくなり上記の説明とは逆
に前記ヒータHの発熱温度が上昇する。
【0006】従って、前記ヒータHとサーミスタTHRと図
示しない水晶振動子とを近接配置すれば、前記水晶振動
子は、前記制御回路103のバイアス回路の設定条件に
基づき加熱と放熱とが釣り合った温度点にて一定に保た
れる。そして、このように制御された水晶振動子を用い
て水晶発振器を構成すれば水晶振動子が周囲の温度によ
らず一定温度に保たれることにより、周波数温度特性は
安定する。
【0007】
【本発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に電子部品は経年変化により電気的特性が劣化し、これ
を完全に無くすことは不可能である。図3に示す様な構
成から成る温度制御回路の場合は、特に、前記パワート
ランジスタTR1を最大利得にて動作させて、前記ヒータ
Hに直接電力供給を行うよう構成したものであるから経
年変化により前記トランジスタの利得が低下するとこれ
に伴い前記ヒータHの加熱能力が低下する。
【0008】一方、前記パワートランジスタTR1を最大
利得以下で使用する方法としては、該パワートランジス
タTR1の入出力間に帰還回路を備え負帰還増幅回路を構
成する方法が考えられる。の動作条件を安定に保つ為に
必要な定電圧回路102が前記パワートランジスタTR1
のコレクタ・ベース間に接続されている為、前記負帰還
回路を構成すると該定電圧回路102と前記帰還回路と
により閉ループが構成され、前記定電圧回路が発振動作
し、これにより最悪の場合、発振回路の異常発振が生じ
る。従って、帰還回路を設けることが不可能である為、
経年変化によりトランジスタの最大利得が低下するに伴
ない前記ヒータHの加熱能力が劣化することは避けられ
ず、その結果、周囲温度の変化に対する温度制御のレス
ポンスが悪くなり、水晶発振器は所望の周波数安定度が
十分得られないという問題を生じていた。本発明は上記
の問題を解決する為になされたものであり、低価格であ
りながら経年変化による周波数安定度の劣化の少ない圧
電発振器を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為に
本発明に係わる請求項1記載の発明は、被加熱物を加熱
する為のヒータと、該ヒータに電力を供給する電流制御
用トランジスタ回路とを含むヒータ回路と、前記被加熱
物の温度変化に基づいて前記電流制御用トランジスタ回
路のベースバイアス電流を制御する制御回路とを備えた
温度制御回路に於いて、前記制御回路が感熱素子と定電
流回路との直列回路をゲートバイアス回路とするFET回
路を備えると共に、前記電流制御用トランジスタ回路の
出力の一部を前記FET回路にネガティブフィードバック
するよう構成したことを特徴ととしている。請求項2記
載の発明は請求項1記載の発明に加え、被加熱物を加熱
する為のヒータと、該ヒータに電力を供給する電流制御
用トランジスタ回路とを含むヒータ回路と、前記被加熱
物の温度変化に基づいて電流制御用トランジスタ回路の
ベースバイアス電流を制御する制御回路とを備えた温度
制御回路に於いて、前記制御回路が前記第一のFETのゲ
ートとソースを抵抗を介して接続し、且つ、ドレインに
サーミスタを直列接続して電源とアース間に挿入した定
電流回路と、前記第一のFETのドレインからゲート電圧
を供給し、ドレインとソースに夫々抵抗を接続した第二
のFET増幅回路とから成り、前記ヒータ回路の電流制御
用トランジスタ回路のコレクタ、ベース各々を前記第二
のFETのドレイン、ソースと抵抗を介して接続するよう
構成したことを特徴としている。
【0010】
【本発明の実施の形態】以下、図示した実施例に基づい
て本発明を詳細に説明する。図1は本発明に基づく温度
制御回路の一実施例を示す回路図である。同図に示す前
記温度制御回路はヒータ回路1と制御回路2とを備えて
いる。前記ヒータ回路1は、ヒータHとトランジスタTR
1との直列回路を電源Vccと接地との間に接続した構成で
ある。また、前記制御回路2は、感熱素子であるサーミ
スタTHRと接合型FET3と抵抗R1とから成る定電流回路
と、NチャンネルMOSFET4とを有するものであって、前
記FET3のドレインを前記MOSFET4のゲートと抵抗R2を
介して接続し、更に、抵抗R3を該FET4のソースに、又、
抵抗R4をドレインにそれぞれ接続した構成である。
【0011】尚、前記定電流回路に於いては、前記FET
3のソースとゲート間に前記抵抗R1を接続すると共に、
該ゲートを接地するよう構成する。更に、前記FET4の
ソースと前記トランジスタTR1のコレクタとを抵抗R5に
より、また、同時にドレインとベースとを抵抗R6により
夫々接続する。尚、同図に示すコンデンサC1、コンデン
サC2、コンデンサC3は、いずれもバイパス用のコンデン
サである。
【0012】この様に構成された温度制御回路は、以下
のように動作する。即ち、前記サーミスタTHRは、温度
が上昇すると、抵抗値が小さくなり、その結果、前記サ
ーミスタTHRの端子間電圧と前記FET4のソース電圧との
差(負極性)である前記FET4のゲート・ソース間電圧
が温度の上昇と共に小さくなる為、前記FET4のドレイ
ン電流は小さくなる。これにより、前記ヒータ回路1に
供給される電流が小さくなる為、前記ヒータHの加熱温
度が低下する。
【0013】また、前記サーミスタTHRは、温度が低下
すると抵抗値が小さくなり、上記の場合とは逆に前記ヒ
ータHの加熱温度は上昇する。従って、前記ヒータHとサ
ーミスタTHRと図示しない水晶振動子とを近接配置すれ
ば、前記水晶振動子は前記制御回路2のバイアス回路の
設定条件に基づき加熱と放熱とが釣り合った温度点にて
一定に保たれる。
【0014】一方、本発明に基づく前記温度制御回路
は、前記FET3を用いた周知の定電流回路を前記サーミ
スタTHRと直列に接続したことにより、電源電圧変動が
生じたとしてもサーミスタTHRに流れる電流が一定とな
るよう制御される為、従来の温度制御回路のように電源
ライン上に定電圧回路を設ける必要がない。
【0015】従って、この様な構成とすれば図3で示し
たような位置に定電圧回路を必要しない為、前記トラン
ジスタTR1の入出力間に帰還抵抗R5を接続しても発振器
が異常発振することがない。
【0016】更に、本発明に基づく温度制御回路のもう
一つの特徴は上記の様な構成とする定電流回路を用いた
ことによって前記パワートランジスタTR1の電源と、そ
の前段の制御回路2の電源とを共通にすることができ
る。即ち、従来、図3に示すように両者の電源が電圧安
定化回路102によって直流的に分断されていたのに対
し、図1、図2に示すように定電流回路の挿入により電
圧安定化回路102を不要とした。
【0017】その結果、制御回路2のFET4のドレインと
パワートランジスタTR1のコレクタ間に抵抗R5を挿入し
フィードバック制御回路を構成することが可能となる。
このフィードバックの効果によってトランジスタTR1の
利得が変動しても、その変化がフィードバック量を超え
ない限り当該回路の利得を一定に保つことができる。
尚、フィードバック量はR5/R3の関係で調整することが
できる。
【0018】以上、本発明を図1の一実施例に示すよう
にNチャンネル型MOSFETを用いて構成した温度制御生回
路を用いて説明したが本発明はこれに限るものでなく、
図2に示すように制御回路2をPチャンネル型MOSFET4
を用いて構成してもよいことは明らかであり、この場
合、接合型FET3のソースとサーミスタTHRとを抵抗R1を
介して直列に接続すると共に、該抵抗R1と前記サーミス
タTHRの接続中間点に該FET3のゲートを接続し、更に、
該直列回路を電源Vccと接地間に前記FET3のドレインが
電源Vccと接続されるよう構成する。
【0019】尚、以上本発明を水晶振動子を用いた発振
器を例に説明したが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、 水晶以外の他の圧電振動子を用いたものに適
用してもよいことは明らかである。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように前記請求項1記載の
発明は、前記FETから成る定電流回路を用いて、電源変
動特性に対応する温度制御回路を構成した為、該温度制
御回路に備えるヒータHに電流を供給するパワートラン
ジスタの入出力が同一の電源回路に接続可能となり、こ
れにより前記パワートランジスタを該トランジスタが持
つ最大利得より低い値に設定して使用することが可能で
ある為、経年変化により前記トランジスタの最大利得が
変化した場合であっても、使用状態での利得の変化には
及ばず、これにより長期に亙り前記ヒータの動作を安定
に保つことが可能となり、これに伴ない経年変化に対し
周波数安定度が高い水晶発振器が得られるという効果を
奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく温度制御回路の一実施例の回路
図を示すものである。
【図2】本発明に基づく温度制御回路の他の実施例の回
路図を示すものである。
【図3】従来の温度制御回路の回路図を示すものであ
る。
【符号の説明】
1、101ヒータ回路、2、102制御回路、3接合型
FET、4MOSFET、103電圧安定化回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被加熱物を加熱する為のヒータと、該ヒー
    タに電力を供給する電流制御用トランジスタ回路とを含
    むヒータ回路と、前記被加熱物の温度変化に基づいて前
    記電流制御用トランジスタ回路のベースバイアス電流を
    制御する制御回路とを備えた温度制御回路に於いて、前
    記制御回路が感熱素子と定電流回路との直列回路をゲー
    トバイアス回路とするFET回路を備えると共に、前記電
    流制御用トランジスタ回路の出力の一部を前記FET回路
    にネガティブフィードバックするよう構成したことを特
    徴とする温度制御回路。
  2. 【請求項2】被加熱物を加熱する為のヒータと、該ヒー
    タに電力を供給する電流制御用トランジスタ回路とを含
    むヒータ回路と、前記被加熱物の温度変化に基づいて電
    流制御用トランジスタ回路のベースバイアス電流を制御
    する制御回路とを備えた温度制御回路に於いて、前記制
    御回路が前記第一のFETのゲートとソースを抵抗を介し
    て接続し、且つ、ドレインにサーミスタを直列接続して
    電源とアース間に挿入した定電流回路と、前記第一のFE
    Tのドレインからゲート電圧を供給し、ドレインとソー
    スに夫々抵抗を接続した第二のFET増幅回路とから成
    り、前記ヒータ回路の電流制御用トランジスタ回路のコ
    レクタ、ベース各々を前記第二のFETのドレイン、ソー
    スと抵抗を介して接続するよう構成したことを特徴とす
    る請求項1記載の温度制御回路。
JP10368643A 1998-12-25 1998-12-25 温度制御回路 Pending JP2000196355A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010119031A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 恒温型の水晶発振器
CN108401881A (zh) * 2018-04-04 2018-08-17 佛山科学技术学院 一种水培植物种植装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010119031A (ja) * 2008-11-14 2010-05-27 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 恒温型の水晶発振器
JP4695175B2 (ja) * 2008-11-14 2011-06-08 日本電波工業株式会社 恒温型の水晶発振器
CN108401881A (zh) * 2018-04-04 2018-08-17 佛山科学技术学院 一种水培植物种植装置

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