JP2000201025A - 発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型化及び、低価格化に優れる、高安定な圧
電発振器を可能にする。 【解決手段】 第一のトランジスタを増幅素子とする発
振回路と、該発振回路の出力を増幅する為の第二のトラ
ンジスタを増幅素子とする増幅回路とを備えた発振回路
であり、前記第一のトランジスタのエミッタと前記第二
のトランジスタのベースと接続し、更に、前記第一のト
ランジスタのベースと前記第二のトランジスタのコレク
タとを抵抗を介し接続するようにしたことにより、発振
回路の動作状態の変化に対する周波数安定度を保ちなが
ら発振器を構成する部品の数の削減を可能とした為、こ
れにより低価格、及び、小型な高安定水晶発振器が実現
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は圧電発振器に関し、特に
発振レベルの変動を抑圧した圧電発振器に関する。

【従来の技術】一般に周波数信号源として広く用いられ
ている水晶発振器はその出力周波数が安定性しているこ
とが要求されている。この様な水晶発振器は、環境温度
の変化に伴う負荷容量の変化等により水晶振動子の励振
電流レベルが変動し、これに伴ない発振回路の増幅素子
用トランジスタの動作条件が変化して発振周波数が変動
する場合がある。それ故、従来、図４に示すようなＡＧ
Ｃ回路を用いることにより前記励振電流のレベルを一定
値に保ち出力周波数の安定化を図っている。

【０００２】図４は従来の一般的なＡＧＣ増幅回路を備
えた水晶発振器の一例を示した回路図である。同図の点
線で囲まれた回路１０１は一般的なコルピッツ型発振回
路である。該発振回路１０１は、発振用トランジスタＱ
１のベースと接地との間にコンデンサＣ１とコンデンサ
Ｃ２とを接続した直列回路と、水晶振動子Ｙ１とコンデ
ンサＣ３との直列回路とをそれぞれ接続し、更に、前記
トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ１
を、該抵抗Ｒ１と前記コンデンサＣ２とが並列回路とな
るように接続する。そして更に、前記トランジスタＱ１
のコレクタと定電圧回路Regとの間に抵抗Ｒ２を接続す
るよう構成する。

【０００３】同図の点線で囲まれた回路１０２は増幅回
路であって、トランジスタＱ２のエミッタと接地との間
に抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４との並列回路を接続し、ベ
ースと接地との間に抵抗Ｒ４を接続し、ベースとコレク
タ間に抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との直列回路を接続し、更
に、該抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との直列回路の接続中間点と
定電圧回路Regとを抵抗Ｒ７を介し接続すると共に、前
記トランジスタＱ２のベースと前記発振回路１０１のト
ランジスタＱ１のコレクタとをコンデンサＣ５を介し接
続するよう構成したものである。そして、前記トランジ
スタＱ２のコレクタは、抵抗Ｒ８とコンデンサＣ６とを
介し発振器の出力端子ＯＵＴに接続すると共に、抵抗Ｒ
９とコンデンサＣ７とを介し点線で囲まれた整流回路１
０３内のダイオードＤ１のカソードとダイオードＤ２の
アノードとに接続する。

【０００４】前記整流回路１０３はダイオードＤ１のア
ノードとダイオードＤ２のカソードとを抵抗Ｒ１０を介
して接続すると共に、接地との間にそれぞれコンデンサ
Ｃ８、コンデンサＣ９を接続するよう構成する。そし
て、前記ダイオードＤ１のアノードは抵抗Ｒ１１を介
し、前記発振回路１０１のトランジスタＱ１のベースに
帰還接続する。

【０００５】次に、この構成の発振回路の動作について
説明する。前記発振回路１０１は先に説明した通り一般
的なコルピッツ型発振回路である為、ここではその動作
についての説明を省略する。前記発振回路１０１の前記
トランジスタＱ１のコレクタには該発振回路１０１の設
定条件に基づく信号が発生する。該信号はコンデンサＣ
５を介し次段の前記増幅回路１０２の前記トランジスタ
Ｑ２のベースに供給され、更に、増幅回路の設定条件に
基づきレベル増幅され前記トランジスタＱ２のコレクタ
より出力される。そして、増幅された該信号は前記抵抗
Ｒ８及び、コンデンサＣ６を介し、発振器出力信号とし
て出力されると共に、抵抗Ｒ９及び、コンデンサＣ７を
介し、整流回路３に供給される。

【０００６】ここで、整流回路１０３に供給された信号
のマイナス側サイクルの信号が前記ダイオードＤ１を通
過し、また、プラス側サイクルの信号が前記ダイオード
Ｄ２を通過する為、前記抵抗Ｒ１０の端子間には前記ダ
イオードＤ１と接続する端子側の電位が負極性となるよ
うな電圧が発生することとなる。前記負極性の電圧は前
記抵抗Ｒ１１を介し前記発振回路１０１のトランジスタ
Ｑ１のベースに印加されており、発振回路１０１の出力
が高レベルへと変化すると、前記整流回路１０３に供給
される信号のマイナス側サイクルの極小値とプラス側サ
イクルの極大値との差が増加する為、これに伴う前記抵
抗Ｒ１０の端子間の電位差の広がりと共に負極性の電圧
の絶対値が大きくなる。

【０００７】そして、該負極性の電圧は、前記発振回路
１０１のベースに印加されることにより、その電圧変動
量に基づきトランジスタＱ１のベースバイアス電圧を下
げる為、該トランジスタＱ１の出力レベルを低下させ
る。また、前記発振回路１の出力レベルが低下した場合
は上記で説明した動作と逆の動作である為、説明を省略
する。従って、以上の動作を繰り返し行うことにより、
発振器はその設定条件に基づき安定なレベルの信号を出
力する為、発振周波数が安定に保たれる。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、以上、
説明したような構成の発振器は、構成部品数が多い為、
十分な低価格化が達成されないという問題と共に、部品
搭載面積の確保に伴ない十分な小型化が達成されないと
いう問題を生じていた。本発明は、このような諸問題を
解決する為になされたものであって、コスト高となるこ
となく、しかも、少ない部品構成によって発振レベル変
動を小さくし、もって発振周波数変動を抑圧することが
できる発振回路を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、本発明に係わる圧電発振器の請求項１記載の発明
は、発振回路とその出力を増幅する増幅回路とを含む発
振器に於いて、前記発振回路が増幅素子として第一のト
ランジスタを、前記増幅回路が増幅素子として第二のト
ランジスタを夫々備え、前記第一のトランジスタのエミ
ッタを前記第二のトランジスタのベースと接続し、更
に、前記第一のトランジスタのベースと前記第二のトラ
ンジスタのコレクタとを抵抗を介し接続するように構成
したことを特徴としている。

【００１０】請求項２記載の発明は請求項１記載の発明
に加え、前記トランジスタの少なくとも一方がFETであ
ることを特徴としている。

【００１１】請求項３記載の発明は請求項１または請求
項２記載の発明に加え、第一のトランジスタのベースと
接地間に圧電振動子を、エミッタと接地間にエミッタ抵
抗Ｒ１を、ベースとエミッタ間及び、前記抵抗Ｒ１に並
列に分割容量Ｃ１，Ｃ２を夫々接続した発振回路と、コ
レクタ負荷抵抗とエミッタ抵抗とを接続した増幅用の第
二のトランジスタ回路とを備え、前記第一のトランジス
タのエミッタから抵抗をコンデンサとの並列回路を介し
て発振出力を導出し、該出力を前記第二のトランジスタ
のベースに入力すると共に、該第二のトランジスタのコ
レクタと前記第一のトランジスタのベースとの間を抵抗
を介して接続することによって、前記増幅用トランジス
タ回路出力に応じて前記発信用トランジスタ回路のベー
スバイアス電流を直流的にフィードバック制御したこと
を特徴としている。

【００１２】

【発明の実施形態例】以下に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は本発明に基づいた水晶
発振器の一実施例を示す回路図である。同図の点線で囲
まれた回路１は一般的なコルピッツ型発振回路である。
該発振回路１は、増幅素子とするトランジスタＱ１のベ
ースと接地との間にベースから順にコンデンサＣ１とコ
ンデンサＣ２とを直列接続した回路と、水晶振動子Ｙ１
とコンデンサＣ３との直列回路とをそれぞれ接続し、ま
た、前記トランジスタＱ１のエミッタと接地との間に抵
抗Ｒ１を該抵抗Ｒ１と前記コンデンサＣ２とが並列接続
となるように接続し、更に、前記トランジスタＱ１のコ
レクタと電源電圧Vccとを接続するよう構成する。

【００１３】次に、同図のもう一方の点線にて囲まれた
回路２は増幅回路であり、増幅素子であるトランジスタ
Ｑ２のエミッタと接地との間に抵抗Ｒ３を接続し、更
に、コレクタと電源電圧Vccとの間に抵抗Ｒ６を接続す
るよう構成する。そして、前記トランジスタＱ２のベー
スはコンデンサＣ５と抵抗Ｒ１２との並列回路を介し前
記トランジスタＱ１のエミッタに接続し、また、該トラ
ンジスタＱ２のコレクタは抵抗Ｒ１３を介し前記トラン
ジスタＱ１のベースに帰還接続する一方、コンデンサＣ
１０を介し発振器出力ＯＵＴに接続している。

【００１４】以上の構成において、先ず、直流動作につ
いて説明する。前記発振回路１は、一般的なコルピッツ
型発振回路である為、その動作についての説明は省略す
る。前記発振回路１の前記トランジスタＱ１のエミッタ
には該発振回路１の設定条件に基づく信号が発生し、そ
の直流成分が電流調整用の前記抵抗Ｒ１２を介して前記
トランジスタＱ２にベースバイアス電流として供給され
る。この時、電源電圧Vccが上昇すると、これに伴い前
記トランジスタQ1のエミッタ電圧は上昇し、該トランジ
スタQ1のコレクタ電流が増加する為、これにより前記ト
ランジスタQ2のベースバイアス電流が増加する。そし
て、該ベースバイアス電流の増加により、前記トランジ
スタQ2のコレクタ電流が増加するので前記トランジスタ
Q2のコレクタ電圧は降下する。

【００１５】一方、該コレクタ電圧は前記トランジスタ
Q1にベースバイアス電圧として印加されていることか
ら、該ベースバイアス電圧が降下して、コレクタ電流は
減少することになる。更に、これに伴い前記トランジス
タQ1のエミッタ電圧も降下する。即ち、電源電圧Vccが
上昇した場合、前記トランジスタQ1のエミッタ電圧の上
昇に伴いコレクタ電流が増加しようとする一方、該コレ
クタ電流の増加の影響を受け該トランジスタQ1のベース
バイアス電圧が降下する為、該トランジスタQ1のコレク
タ電流が減少するよう作用する。そして、その結果、前
記トランジスタQ1の動作状態は、上記の双方のコレクタ
電流の変化が抑圧し合うことにより直流動作が安定に保
たれる。

【００１６】一方、電源電圧Vccが降下した場合は、上
記説明の逆の動作であり、該電源電圧Vccの降下により
生じる前記トランジスタQ1のエミッタ電圧の降下を抑圧
するよう前記トランジスタQ2のコレクタ電圧、即ち、前
記トランジスタQ1のベースバイアス電圧が上昇する為、
これにより該トランジスタQ1の動作状態が安定に保たれ
る。従って、同図に示す構成の発振器回路は電源電圧変
動に対し安定に動作することが可能である。

【００１７】次に、交流動作の場合について説明する。
前記発振回路１の前記トランジスタQ1のエミッタには、
該発振回路１の設定条件に基づく信号が発生し、その交
流成分が前記レベル調整用のコンデンサC6を介して前記
トランジスタQ2のベースに供給される。この時、該ベー
スに供給される信号の位相は、前記水晶振動子Y1の励振
電流と同位相になる。

【００１８】前記トランジスタQ2のコレクタに発生した
信号は、コンデンサC10を介し発振器出力端子に供給さ
れると、同時に、レベル調整用の抵抗R13を介し前記ト
ランジスタQ1のベースに帰還信号として供給される。従
って、前記トランジスタQ1のベースバイアス電流は前記
トランジスタＱ２のコレクタより供給される信号と前記
水晶振動子Y1の励振電流との和となる。そして、負荷容
量の変動等により、前記励振電流の振幅が高レベルへと
変化した場合、これに伴い前記トランジスタQ1のエミッ
タ及び、前記トランジスタQ2のコレクタに発生する信号
レベルが増加する。

【００１９】例えば、図２に示すように前記水晶振動子
Y1の励振電流が同図（ａ）の点線３の状態であり、且
つ、この時の前記トランジスタＱ２のコレクタから前記
トランジスタＱ１のベースに供給される信号が同図
（ｂ）に示す点線４であったとすると、前記トランジス
タＱ１のベースバイアス電流は、位相がそれぞれ逆位相
である前記点線３と点線４とで示す信号の和である為、
前記点線３に示す信号レベルから点線４に示す信号レベ
ルを差し引いた同図（ｃ）に示す実線のようになる。

【００２０】この様な状態から前記水晶振動子Ｙ１の励
振電流が高レベルとなり同図（ａ）実線５へと変化した
場合、これに伴い前記トランジスタＱ２のコレクタより
前記トランジスタＱ１のベースに供給される信号も高レ
ベルとなり同図（ｂ）に示す実線６となる。ところが、
前記トランジスタＱ１のベースバイアス電流は、前記実
線５に示す信号と、前記実線６に示す信号とのそれぞれ
の増幅分が相殺し合う為、先の同図（ｃ）に示すレベル
が保たれる。また、前記水晶振動子Y1の励振電流のレベ
ルが減少した場合は上記説明の動作とは逆の動作であ
り、該励振電流のレベルの減少に伴い、前記トランジス
タQ2のコレクタに発生する信号のレベルが減少し、これ
により前記励振電流のレベルが引き上げられる。従っ
て、水晶発振器の出力周波数は、電源変動及び、水晶振
動子Y1の励振電流の信号レベルが負荷変動によりレベル
変動を生じた場合であっても前記トランジスタＱ１の動
作状態が一定である為、高い安定度が保たれる。

【００２１】また、本発明を増幅素子としてバイポーラ
トランジスタのみを用いて構成した回路を例にして説明
したが、本発明はこれのみに限るものではなく、FETを
用いた回路構成であっても良い。図３は増幅回路の増幅
素子としてNチャンネル型MOSFETを使用した本発明に基
づく水晶発振器の他の一実施例を示すものであり、FETQ
2のドレインとトランジスタQ1のベースとを抵抗R13を介
し接続し、ソースを抵抗R3を介し接地し、ゲートとトラ
ンジスタQ1のエミッタとをコンデンサC5と抵抗R12との
並列回路を介し接続するよう構成することにより図１の
回路構成の場合と同等の特性が得られるよう構成したも
のである。尚、本発明を水晶振動子を用いた水晶発振器
を例にして説明したが、本発明はこれのみに限るもので
なく、その他の圧電材料による振動子を用いた圧電発振
器にも適用可能であることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、回
路構成が複雑なAGC回路を使用することなく高い周波数
安定度を有する発振器が可能である為、発振器を構成す
る部品点数の削減に伴ない、発振器の十分な小型化及
び、低価格化が達成されるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく発振器の一実施例を示す回路図
である。

【図２】本発明に基づく発振器の動作を説明する為の図
である。 （ａ）水晶振動子の励振電流を示す図である。 （ｂ）トランジスタのベースに供給される信号を示す図
である。 （ｃ）トランジスタのベースバイアス電流を示す図であ
る。

【図３】本発明に基づく水晶発振器の他の実施例を示す
回路図である。

【図４】従来の発振器を示す回路図である。

【符号の説明】

１、１０１・・・発振回路、２、１０２・・・増幅回
路、１０３・・・整流回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振回路とその出力を増幅する増幅回路と
   を含む発振器に於いて、前記発振回路が増幅素子として
   第一のトランジスタを、前記増幅回路が増幅素子として
   第二のトランジスタを夫々備え、前記第一のトランジス
   タのエミッタを前記第二のトランジスタのベースと接続
   し、更に、前記第一のトランジスタのベースと前記第二
   のトランジスタのコレクタとを抵抗を介し接続するよう
   に構成したことを特徴とする発振器。
2. 【請求項２】前記トランジスタの少なくとも一方がFET
   であることを特徴とする請求項１記載の発振器。
3. 【請求項３】第一のトランジスタのベースと接地間に圧
   電振動子を、エミッタと接地間にエミッタ抵抗Ｒ１を、
   ベースとエミッタ間及び、前記抵抗Ｒ１に並列に分割容
   量Ｃ１，Ｃ２を夫々接続した発振回路と、コレクタ負荷
   抵抗とエミッタ抵抗とを接続した増幅用の第二のトラン
   ジスタ回路とを備え、前記第一のトランジスタのエミッ
   タから抵抗をコンデンサとの並列回路を介して発振出力
   を導出し、該出力を前記第二のトランジスタのベースに
   入力すると共に、該第二のトランジスタのコレクタと前
   記第一のトランジスタのベースとの間を抵抗を介して接
   続することによって、前記増幅用トランジスタ回路出力
   に応じて前記発信用トランジスタ回路のベースバイアス
   電流を直流的にフィードバック制御したことを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の発振器。