JP2002076816A - 複合振動子とそれを用いた圧電発振器 - Google Patents
複合振動子とそれを用いた圧電発振器Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 周波数可変範囲が広範囲であると共に周波数
のジャンプ現象を防止した複合振動子を得る。 【解決手段】 上に凸の２次の周波数温度特性を有する
圧電振動子を３個並列接続してなる複合振動子であっ
て、圧電振動子の頂点温度が低温側及び高温側に位置す
る２個の圧電振動子のそれぞれ一方の端子に抵抗を挿入
して複合振動子を構成する。
のジャンプ現象を防止した複合振動子を得る。 【解決手段】 上に凸の２次の周波数温度特性を有する
圧電振動子を３個並列接続してなる複合振動子であっ
て、圧電振動子の頂点温度が低温側及び高温側に位置す
る２個の圧電振動子のそれぞれ一方の端子に抵抗を挿入
して複合振動子を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は複合振動子とそれを
用いた電圧制御型圧電発振器に関し、特に周波数可変範
囲を広くすると共に安定な発振を持続するように改善し
た複合振動子とそれを用いた電圧制御型圧電発振器に関
する。
用いた電圧制御型圧電発振器に関し、特に周波数可変範
囲を広くすると共に安定な発振を持続するように改善し
た複合振動子とそれを用いた電圧制御型圧電発振器に関
する。
【０００２】
【従来の技術】圧電振動子を用いた圧電発振器は、周波
数安定度、周波数温度特性、周波数エージング特性等が
他の電子部品を用いた発振器より優れているため、通信
機等に広く使用されている。圧電振動子、例えばＡＴカ
ット水晶振動子を用いた圧電発振器においては、−３５
℃から８５℃の温度範囲において±１０ppm程度の周波
数変動しか起こらないものの、このままでは高精度の周
波数源を必要とする通信装置には採用できない。そこ
で、広温度範囲における周波数を安定化する手段として
各種の温度補償手段が講じられているが、電圧制御型水
晶発振器（ＶＣＸＯ）として利用する場合にあっては、
周波数の可変範囲が狭くなるという問題があらたに生
じ、最近の通信機器用に要求される広可変範囲の規格を
満たすことができなかった。そこで、ＡＴカット水晶振
動子を用いた温度補償型水晶発振器と同程度の周波数安
定度を実現する手段として、周波数温度特性が上に凸の
２次曲線を呈する圧電振動子を３個並列接続した複合振
動子、例えば特公昭５１−３６１５４が提案されてい
る。
数安定度、周波数温度特性、周波数エージング特性等が
他の電子部品を用いた発振器より優れているため、通信
機等に広く使用されている。圧電振動子、例えばＡＴカ
ット水晶振動子を用いた圧電発振器においては、−３５
℃から８５℃の温度範囲において±１０ppm程度の周波
数変動しか起こらないものの、このままでは高精度の周
波数源を必要とする通信装置には採用できない。そこ
で、広温度範囲における周波数を安定化する手段として
各種の温度補償手段が講じられているが、電圧制御型水
晶発振器（ＶＣＸＯ）として利用する場合にあっては、
周波数の可変範囲が狭くなるという問題があらたに生
じ、最近の通信機器用に要求される広可変範囲の規格を
満たすことができなかった。そこで、ＡＴカット水晶振
動子を用いた温度補償型水晶発振器と同程度の周波数安
定度を実現する手段として、周波数温度特性が上に凸の
２次曲線を呈する圧電振動子を３個並列接続した複合振
動子、例えば特公昭５１−３６１５４が提案されてい
る。
【０００３】図１３は上記の温度補償複合振動子の構成
を示す図であって、同図（ａ）は３個のＢＴカット水晶
振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続すると共に、負荷容
量Ｃ Lを直列接続した回路図、同図（ｂ）はその電気的
等価回路図、同図（ｃ）は３個のＢＴカット水晶振動子
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの周波数温度特性を、横軸
を温度、縦軸を周波数として表示したものである。ここ
で、３個のＢＴカット水晶振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の頂
点温度（周波数温度特性が２次曲線を呈するとき、温度
に関する１次微分が零となる温度）をそれぞれｔ１、ｔ
２、ｔ３とし、該温度における周波数をそれぞれｆ１、
ｆ２、ｆ３とする。前記公報によれば、３個のＢＴカッ
ト水晶振動子Ｙ１、Ｙ２及びＹ３がｆ３≒ｆ１、ｔ３−
ｔ２≒ｔ２−ｔ１等の条件を満たすときに、図１３
（ａ）の複合振動子の周波数温度特性がほぼ平坦になる
と記されている。また、ＢＴカット水晶振動子Ｙ２のイ
ンダクタンスＬ２を他の水晶振動子Ｙ１、Ｙ３のインダ
クタンスＬ１、Ｌ３より大きくする設定することによ
り、負荷容量CLを変化させた場合においても周波数温度
特性の劣化が最小になると記されている。
を示す図であって、同図（ａ）は３個のＢＴカット水晶
振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続すると共に、負荷容
量Ｃ Lを直列接続した回路図、同図（ｂ）はその電気的
等価回路図、同図（ｃ）は３個のＢＴカット水晶振動子
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの周波数温度特性を、横軸
を温度、縦軸を周波数として表示したものである。ここ
で、３個のＢＴカット水晶振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の頂
点温度（周波数温度特性が２次曲線を呈するとき、温度
に関する１次微分が零となる温度）をそれぞれｔ１、ｔ
２、ｔ３とし、該温度における周波数をそれぞれｆ１、
ｆ２、ｆ３とする。前記公報によれば、３個のＢＴカッ
ト水晶振動子Ｙ１、Ｙ２及びＹ３がｆ３≒ｆ１、ｔ３−
ｔ２≒ｔ２−ｔ１等の条件を満たすときに、図１３
（ａ）の複合振動子の周波数温度特性がほぼ平坦になる
と記されている。また、ＢＴカット水晶振動子Ｙ２のイ
ンダクタンスＬ２を他の水晶振動子Ｙ１、Ｙ３のインダ
クタンスＬ１、Ｌ３より大きくする設定することによ
り、負荷容量CLを変化させた場合においても周波数温度
特性の劣化が最小になると記されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
上記の公報に基づき３個のＢＴカット水晶振動子からな
る複合振動子を用いて電圧制御型発振器を構成すると、
周波数温度特性は広温度範囲にわたって平坦な特性が得
られるものの、負荷容量ＣLを変化させ、周囲温度を広
範囲に可変すると発振周波数がジャンプするという問題
があった。本発明は上記問題を解決するためになされた
ものであって、広温度範囲にわたって周波数が安定であ
り、可変範囲の広い圧電発振器を提供することを目的と
する。
上記の公報に基づき３個のＢＴカット水晶振動子からな
る複合振動子を用いて電圧制御型発振器を構成すると、
周波数温度特性は広温度範囲にわたって平坦な特性が得
られるものの、負荷容量ＣLを変化させ、周囲温度を広
範囲に可変すると発振周波数がジャンプするという問題
があった。本発明は上記問題を解決するためになされた
ものであって、広温度範囲にわたって周波数が安定であ
り、可変範囲の広い圧電発振器を提供することを目的と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る複合振動子とそれを用いた圧電発振器の
請求項１記載の発明は、上に凸の２次の周波数温度特性
を有する圧電振動子を３個並列接続してなる複合振動子
において、前記圧電振動子が呈する頂点温度が低温側及
び高温側に位置する２個の圧電振動子のそれぞれ一方の
端子に抵抗を挿入したことを特徴とする複合振動子であ
る。請求項２記載の発明は、前記抵抗を前記圧電振動子
の基板上に薄膜あるいは厚膜にて形成したことを特徴と
する請求項１に記載の複合振動子である。請求項３記載
の発明は、前記抵抗を前記圧電振動子のエネルギー閉じ
込めを浅くして形成するかあるいは、支持部に損失を付
加して形成したことを特徴とする請求項１に記載の複合
振動子である。請求項４記載の発明は、請求項１乃至３
の複合振動子を用いて構成したことを特徴とする圧電発
振器である。
に本発明に係る複合振動子とそれを用いた圧電発振器の
請求項１記載の発明は、上に凸の２次の周波数温度特性
を有する圧電振動子を３個並列接続してなる複合振動子
において、前記圧電振動子が呈する頂点温度が低温側及
び高温側に位置する２個の圧電振動子のそれぞれ一方の
端子に抵抗を挿入したことを特徴とする複合振動子であ
る。請求項２記載の発明は、前記抵抗を前記圧電振動子
の基板上に薄膜あるいは厚膜にて形成したことを特徴と
する請求項１に記載の複合振動子である。請求項３記載
の発明は、前記抵抗を前記圧電振動子のエネルギー閉じ
込めを浅くして形成するかあるいは、支持部に損失を付
加して形成したことを特徴とする請求項１に記載の複合
振動子である。請求項４記載の発明は、請求項１乃至３
の複合振動子を用いて構成したことを特徴とする圧電発
振器である。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に
係る複合振動子の構成を示す図であって、上に凸の２次
の周波数温度特性を有する３個の圧電振動子Ｙ１、Ｙ
２、Ｙ３を並列接続すると共に、圧電振動子Ｙ１、Ｙ３
の一方の端子にそれぞれ直列に抵抗Ｒ11、Ｒ31を挿入し
て複合振動子を構成する。そして、複合振動子を構成す
る圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの頂点温度ｔ
１、ｔ２、ｔ３及び該頂点温度における共振周波数ｆ
１、ｆ２、ｆ３を、ｆ３≒ｆ１及びｔ３−ｔ２≒ｔ２−
ｔ１を満たすように配置する。図１（ｂ）は複合振動子
の電気的等価回路である。
形態に基づいて詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に
係る複合振動子の構成を示す図であって、上に凸の２次
の周波数温度特性を有する３個の圧電振動子Ｙ１、Ｙ
２、Ｙ３を並列接続すると共に、圧電振動子Ｙ１、Ｙ３
の一方の端子にそれぞれ直列に抵抗Ｒ11、Ｒ31を挿入し
て複合振動子を構成する。そして、複合振動子を構成す
る圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの頂点温度ｔ
１、ｔ２、ｔ３及び該頂点温度における共振周波数ｆ
１、ｆ２、ｆ３を、ｆ３≒ｆ１及びｔ３−ｔ２≒ｔ２−
ｔ１を満たすように配置する。図１（ｂ）は複合振動子
の電気的等価回路である。
【０００７】図２は３個のＹカットランガサイト振動子
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続して構成した複合振動子の
例で、該複合振動子を用いた電圧制御型圧電発振器の周
波数を約２０ＭＨｚに設定すべく、Ｙカットランガサイ
ト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの頂点温度ｔ１、
ｔ２、ｔ３を-195℃、25℃、245℃と220℃間隔に設定す
ると共に、Ｙ１とＹ３との頂点温度における共振周波数
ｆ１、ｆ３を等し、Ｙ２の頂点温度における共振周波数
ｆ２をｆ１、ｆ３より967ppm程度高く設定している。さ
らに、Ｙ１、Ｙ３の等価インダクタンスＬ1、Ｌ3をそれ
ぞれ２mH、Ｙ２の等価インダクタンスＬ2を４倍の8mHと
し、並列容量Ｃ0は３個の振動子の合成容量で３pFとす
る。また、Ｙカットランガサイト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ
３のそれぞれの等価直列抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は25Ω、100
Ω、25Ω程度であり、外付抵抗Ｒ 11、Ｒ31としては75Ω
程度を設定する。
Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続して構成した複合振動子の
例で、該複合振動子を用いた電圧制御型圧電発振器の周
波数を約２０ＭＨｚに設定すべく、Ｙカットランガサイ
ト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３のそれぞれの頂点温度ｔ１、
ｔ２、ｔ３を-195℃、25℃、245℃と220℃間隔に設定す
ると共に、Ｙ１とＹ３との頂点温度における共振周波数
ｆ１、ｆ３を等し、Ｙ２の頂点温度における共振周波数
ｆ２をｆ１、ｆ３より967ppm程度高く設定している。さ
らに、Ｙ１、Ｙ３の等価インダクタンスＬ1、Ｌ3をそれ
ぞれ２mH、Ｙ２の等価インダクタンスＬ2を４倍の8mHと
し、並列容量Ｃ0は３個の振動子の合成容量で３pFとす
る。また、Ｙカットランガサイト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ
３のそれぞれの等価直列抵抗Ｒ1、Ｒ2、Ｒ3は25Ω、100
Ω、25Ω程度であり、外付抵抗Ｒ 11、Ｒ31としては75Ω
程度を設定する。
【０００８】ここで、従来の複合振動子を用いた電圧制
御型圧電発振器において、負荷容量を変化する、あるい
は周囲温度を変動すると、発振器の発振周波数がジャン
プする現象について、その原因を検討してみた。まず、
図１（ａ）に示す複合振動子の外付直列抵抗Ｒ11、Ｒ31
を零とした場合、該複合振動子の２５℃における２端子
インピーダンスを求めて、それをリアクタンス分Ｘ
（Ω）（１で示す曲線）と抵抗分Ｒ（Ω）（２で示す曲
線）とに分離し、これらを周波数に対して表示したもの
が図３である。図１（ａ）の複合振動子に直列に負荷容
量と増幅器とを接続して圧電発振器を構成するわけであ
るが、負荷容量と増幅器の容量との合成容量を負荷容量
ＣＬとする。いま、負荷容量ＣＬの可変範囲を８pFから
１２pFまでとし、該負荷容量によるリアクタンス曲線の
符号を反転し、破線にて図３に重ね書きしたとき、該曲
線と複合振動子の呈するリアクタンス曲線１との交差し
た点が、複合振動子を用いた発振器が発振する周波数に
なる。図３の場合は領域Ｐ１とＰ２との２つの発振可能
領域がある。そこで、この発振可能領域を詳細に調べる
ため、複合振動子の抵抗値Ｒを横軸に、リアクタンスＸ
を縦軸にとり、領域Ｐ１、Ｐ２の近傍における抵抗値Ｒ
とリアクタンスＸの変動の様子を図示したものが図４で
あり、領域Ｐ１の近傍のインピーダンスが曲線αに、領
域Ｐ２の近傍のインピーダンスが曲線βに対応してい
る。図４より負荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化さ
せると、曲線αとβが交差し、負荷容量ＣＬの値によっ
ては曲線αよりβの抵抗分の方が小さくなる場合があ
る。即ち、負荷容量ＣＬが８pFから大きくしていくと、
はじめは曲線αに沿って発振を継続するが、負荷容量Ｃ
Ｌが１２pFに近づくと曲線βの抵抗分が小さくなり、周
波数のジャンプ現象が生ずる可能性があることが分か
る。
御型圧電発振器において、負荷容量を変化する、あるい
は周囲温度を変動すると、発振器の発振周波数がジャン
プする現象について、その原因を検討してみた。まず、
図１（ａ）に示す複合振動子の外付直列抵抗Ｒ11、Ｒ31
を零とした場合、該複合振動子の２５℃における２端子
インピーダンスを求めて、それをリアクタンス分Ｘ
（Ω）（１で示す曲線）と抵抗分Ｒ（Ω）（２で示す曲
線）とに分離し、これらを周波数に対して表示したもの
が図３である。図１（ａ）の複合振動子に直列に負荷容
量と増幅器とを接続して圧電発振器を構成するわけであ
るが、負荷容量と増幅器の容量との合成容量を負荷容量
ＣＬとする。いま、負荷容量ＣＬの可変範囲を８pFから
１２pFまでとし、該負荷容量によるリアクタンス曲線の
符号を反転し、破線にて図３に重ね書きしたとき、該曲
線と複合振動子の呈するリアクタンス曲線１との交差し
た点が、複合振動子を用いた発振器が発振する周波数に
なる。図３の場合は領域Ｐ１とＰ２との２つの発振可能
領域がある。そこで、この発振可能領域を詳細に調べる
ため、複合振動子の抵抗値Ｒを横軸に、リアクタンスＸ
を縦軸にとり、領域Ｐ１、Ｐ２の近傍における抵抗値Ｒ
とリアクタンスＸの変動の様子を図示したものが図４で
あり、領域Ｐ１の近傍のインピーダンスが曲線αに、領
域Ｐ２の近傍のインピーダンスが曲線βに対応してい
る。図４より負荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化さ
せると、曲線αとβが交差し、負荷容量ＣＬの値によっ
ては曲線αよりβの抵抗分の方が小さくなる場合があ
る。即ち、負荷容量ＣＬが８pFから大きくしていくと、
はじめは曲線αに沿って発振を継続するが、負荷容量Ｃ
Ｌが１２pFに近づくと曲線βの抵抗分が小さくなり、周
波数のジャンプ現象が生ずる可能性があることが分か
る。
【０００９】図５は、図１（ａ）の複合振動子の外付直
列抵抗Ｒ11、Ｒ31を零とした場合、該複合振動子の８５
℃における２端子インピーダンスを求め、リアクタンス
分Ｘ（Ω）（１で示す曲線）あるいは抵抗分Ｒ（Ω）
（２で示す曲線）とに分離し、これらを周波数に対して
表示したものである。図３と同様に、負荷容量ＣＬ（８
pFから１２pF）によるリアクタンス曲線の符号を反転し
て、破線にて重ね書きしてある。負荷容量曲線と複合振
動子の呈するリアクタンス曲線１との交差は、周波数領
域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で生じ、これらの領域で発振が起こ
る可能性がある。これらの周波数領域近傍における複合
振動子の抵抗分とリアクタンス分とを図示したものが図
６であり、周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の近傍における
インピーダンスに対応するものが曲線α、β、γで表示
してある。負荷容量ＣＬを変化させたときに、楕円で囲
む領域の抵抗分が小さい値の曲線αにて通常は発振する
はずであるが、負荷容量が大きいと曲線αとβの抵抗分
の差が僅かであるため、外的要因（急激な温度変動等）
により、曲線βで発振する、所謂周波数のジャンプ現象
が生ずる場合があることが分かる。
列抵抗Ｒ11、Ｒ31を零とした場合、該複合振動子の８５
℃における２端子インピーダンスを求め、リアクタンス
分Ｘ（Ω）（１で示す曲線）あるいは抵抗分Ｒ（Ω）
（２で示す曲線）とに分離し、これらを周波数に対して
表示したものである。図３と同様に、負荷容量ＣＬ（８
pFから１２pF）によるリアクタンス曲線の符号を反転し
て、破線にて重ね書きしてある。負荷容量曲線と複合振
動子の呈するリアクタンス曲線１との交差は、周波数領
域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で生じ、これらの領域で発振が起こ
る可能性がある。これらの周波数領域近傍における複合
振動子の抵抗分とリアクタンス分とを図示したものが図
６であり、周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の近傍における
インピーダンスに対応するものが曲線α、β、γで表示
してある。負荷容量ＣＬを変化させたときに、楕円で囲
む領域の抵抗分が小さい値の曲線αにて通常は発振する
はずであるが、負荷容量が大きいと曲線αとβの抵抗分
の差が僅かであるため、外的要因（急激な温度変動等）
により、曲線βで発振する、所謂周波数のジャンプ現象
が生ずる場合があることが分かる。
【００１０】上述のように２次曲線の周波数温度特性を
有する３個の圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続し
て複合振動子とし、該複合振動子を用いて電圧制御型圧
電発振器を構成する方式では、周波数ジャンプ現象が生
ずるおそれがある。そこで本発明は負荷容量ＣＬを変化
させた周波数温度特性の劣化が最小となるように、圧電
振動子Ｙ２のインダクタンスを大きくすると共に、圧電
振動子Ｙ２の等価抵抗と他の圧電振動子Ｙ１、Ｙ３の等
価抵抗とをほぼ等しく、Ｙ１、Ｙ２に直列に外付抵抗Ｒ
11、Ｒ13を付加した点が特徴である。以下、本発明にか
かる複合振動子を詳細に説明する。図７は、図１（ａ）
に示す複合振動子の２５℃における２端子インピーダン
スをリアクタンス分１と抵抗分２との分離し、それらを
周波数に対して図示したものである。負荷容量ＣＬを８
pFから１２pFまで変化させるとき、複合振動子を用いた
発振器が発振可能領域は、図中のＰ１、Ｐ２で示す２つ
の周波数領域となる。この２つの周波数領域の近傍にお
いて、横軸を抵抗分Ｒ、縦軸をリアクタンス分Ｘとして
その変動の様子を図示したものが図８で、それぞれ曲線
α、βに対応している。この図から明らかなように、負
荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化させたとき、曲線
αの抵抗分Ｒは曲線βの抵抗分Ｒよりかなり小さくな
り、周波数のジャンプ現象がおこる可能性がないことが
わかる。
有する３個の圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を並列接続し
て複合振動子とし、該複合振動子を用いて電圧制御型圧
電発振器を構成する方式では、周波数ジャンプ現象が生
ずるおそれがある。そこで本発明は負荷容量ＣＬを変化
させた周波数温度特性の劣化が最小となるように、圧電
振動子Ｙ２のインダクタンスを大きくすると共に、圧電
振動子Ｙ２の等価抵抗と他の圧電振動子Ｙ１、Ｙ３の等
価抵抗とをほぼ等しく、Ｙ１、Ｙ２に直列に外付抵抗Ｒ
11、Ｒ13を付加した点が特徴である。以下、本発明にか
かる複合振動子を詳細に説明する。図７は、図１（ａ）
に示す複合振動子の２５℃における２端子インピーダン
スをリアクタンス分１と抵抗分２との分離し、それらを
周波数に対して図示したものである。負荷容量ＣＬを８
pFから１２pFまで変化させるとき、複合振動子を用いた
発振器が発振可能領域は、図中のＰ１、Ｐ２で示す２つ
の周波数領域となる。この２つの周波数領域の近傍にお
いて、横軸を抵抗分Ｒ、縦軸をリアクタンス分Ｘとして
その変動の様子を図示したものが図８で、それぞれ曲線
α、βに対応している。この図から明らかなように、負
荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化させたとき、曲線
αの抵抗分Ｒは曲線βの抵抗分Ｒよりかなり小さくな
り、周波数のジャンプ現象がおこる可能性がないことが
わかる。
【００１１】また、図９は図１（ａ）に示す複合振動子
の８５℃における２端子インピーダンスをリアクタンス
分１と抵抗分２との分離し、それらを周波数の変化に対
して図示したものである。負荷容量ＣＬを８pFから１２
pFまで変化させるとき、複合振動子を用いた発振器が発
振可能領域は、図中のＰ１、Ｐ２及びＰ３で示す周波数
領域である。この３つの周波数領域の近傍において、複
合振動子のインピーダンスの振る舞いを詳しく調べた。
即ち、横軸を抵抗分Ｒ、縦軸をリアクタンス分Ｘとして
図示したものが図１０で、周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
の近傍におけるインピーダンスの振る舞いがそれぞれ曲
線α、β、γに対応している。この図から明らかなよう
に、負荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化させたと
き、曲線αの抵抗分Ｒは曲線β、γの抵抗分Ｒよりかな
り小さくなり、周波数領域Ｐ２、Ｐ３で発振する周波数
のジャンプ現象がおこることはないことがわかる。
の８５℃における２端子インピーダンスをリアクタンス
分１と抵抗分２との分離し、それらを周波数の変化に対
して図示したものである。負荷容量ＣＬを８pFから１２
pFまで変化させるとき、複合振動子を用いた発振器が発
振可能領域は、図中のＰ１、Ｐ２及びＰ３で示す周波数
領域である。この３つの周波数領域の近傍において、複
合振動子のインピーダンスの振る舞いを詳しく調べた。
即ち、横軸を抵抗分Ｒ、縦軸をリアクタンス分Ｘとして
図示したものが図１０で、周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３
の近傍におけるインピーダンスの振る舞いがそれぞれ曲
線α、β、γに対応している。この図から明らかなよう
に、負荷容量ＣＬを８pFから１２pFまで変化させたと
き、曲線αの抵抗分Ｒは曲線β、γの抵抗分Ｒよりかな
り小さくなり、周波数領域Ｐ２、Ｐ３で発振する周波数
のジャンプ現象がおこることはないことがわかる。
【００１２】図１１は、図１（ａ）に示す複合振動子の
圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３にＹカットランガサイト振
動子を用い、発振器の周波数を約２０ＭＨｚに設定すべ
く、ランガサイト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の諸定数を図
２に示したものと同様に設定した場合の周波数温度特性
である。負荷容量が８〜１０ｐＦに変化しても、-35℃
から85℃にわたって、最大でも±３ｐｐｍ程度の変動に
抑えられており、良好な温度特性となっている。なお、
本発明になる複合振動子を用いた電圧制御型圧電発振器
では周波数ジャンプ現象は起こらないことを実験により
確認した。
圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３にＹカットランガサイト振
動子を用い、発振器の周波数を約２０ＭＨｚに設定すべ
く、ランガサイト振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の諸定数を図
２に示したものと同様に設定した場合の周波数温度特性
である。負荷容量が８〜１０ｐＦに変化しても、-35℃
から85℃にわたって、最大でも±３ｐｐｍ程度の変動に
抑えられており、良好な温度特性となっている。なお、
本発明になる複合振動子を用いた電圧制御型圧電発振器
では周波数ジャンプ現象は起こらないことを実験により
確認した。
【００１３】図１２に示した曲線Ａは図１に示す複合振
動子を用いて、負荷容量CＬが８pF、１０pF、１２pFと
なるように可変容量素子（バラクターダイオード）の印
加電圧を３Ｖ、２．５Ｖ、２Ｖと変化させた場合の制御
電圧Ｖcontと周波数変動Δｆ／ｆとの関係を示す曲線で
ある。比較のため、ＡＴカット水晶振動子を用いて構成
したＶＣＸＯの制御電圧−周波数変動曲線Ｂも重ね書き
した。図１２から明らかなように、ＡＴカット水晶振動
子を用いたＶＣＸＯの電圧感度が１３３ppm／Ｖである
のに対し、ランガサイト振動子を３個並列接続した複合
振動子を用いたＶＣＸＯの電圧感度は５５３ppm／Ｖ
と、約４倍の周波数可変特性を示していることが分か
る。
動子を用いて、負荷容量CＬが８pF、１０pF、１２pFと
なるように可変容量素子（バラクターダイオード）の印
加電圧を３Ｖ、２．５Ｖ、２Ｖと変化させた場合の制御
電圧Ｖcontと周波数変動Δｆ／ｆとの関係を示す曲線で
ある。比較のため、ＡＴカット水晶振動子を用いて構成
したＶＣＸＯの制御電圧−周波数変動曲線Ｂも重ね書き
した。図１２から明らかなように、ＡＴカット水晶振動
子を用いたＶＣＸＯの電圧感度が１３３ppm／Ｖである
のに対し、ランガサイト振動子を３個並列接続した複合
振動子を用いたＶＣＸＯの電圧感度は５５３ppm／Ｖ
と、約４倍の周波数可変特性を示していることが分か
る。
【００１４】以上の説明では図１（ａ）に示した直列抵
抗Ｒ11、Ｒ31を外付抵抗として説明したが、圧電基板上
に薄膜あるいは厚膜を用いて前記抵抗Ｒ11、Ｒ31を形成
してもよく、また圧電振動子Ｙ１、Ｙ３の等価抵抗をＹ
２の等価抵抗と同程度になるように劣化させてもよい。
例えば、圧電振動子Ｙ１、Ｙ３のエネルギー閉じ込め程
度を圧電振動子Ｙ２よりも浅くするとか、圧電基板を保
持する接着剤を多目にするなどして質量を付加してして
損失を増大させ、等価抵抗を大きくすればよい。
抗Ｒ11、Ｒ31を外付抵抗として説明したが、圧電基板上
に薄膜あるいは厚膜を用いて前記抵抗Ｒ11、Ｒ31を形成
してもよく、また圧電振動子Ｙ１、Ｙ３の等価抵抗をＹ
２の等価抵抗と同程度になるように劣化させてもよい。
例えば、圧電振動子Ｙ１、Ｙ３のエネルギー閉じ込め程
度を圧電振動子Ｙ２よりも浅くするとか、圧電基板を保
持する接着剤を多目にするなどして質量を付加してして
損失を増大させ、等価抵抗を大きくすればよい。
【００１５】また、以上では圧電基板にＹカット近傍の
ランガサイト基板を用いた場合について説明したが、本
発明はこれのみに限定するものではなく、他の圧電材
料、例えば四硼酸リチウム、ＬＧＴ（La3Ga5.5Ta
0.5O14）、ＬＧＮ（La3Ga5.5Nb0.5O14）等の上に凸の２
次関数の周波数温度特性を有する圧電基板を用いた場合
であってもよい。
ランガサイト基板を用いた場合について説明したが、本
発明はこれのみに限定するものではなく、他の圧電材
料、例えば四硼酸リチウム、ＬＧＴ（La3Ga5.5Ta
0.5O14）、ＬＧＮ（La3Ga5.5Nb0.5O14）等の上に凸の２
次関数の周波数温度特性を有する圧電基板を用いた場合
であってもよい。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成した
ので、請求項１記載の発明ではこの複合振動子を発振回
路に用いれば、発振周波数の可変範囲が広くなると共
に、発振の安定度が大幅に改善させる。請求項２記載の
発明では上記特徴に加え、圧電基板上に抵抗を形成する
ので小型になるという特徴を有する。請求項３の発明で
は外付の抵抗を必要としないので小型化に貢献する。請
求項４記載の発明では発振周波数の可変範囲が広くなる
と共に、発振の安定度が大幅に改善させるという優れた
効果を表す。
ので、請求項１記載の発明ではこの複合振動子を発振回
路に用いれば、発振周波数の可変範囲が広くなると共
に、発振の安定度が大幅に改善させる。請求項２記載の
発明では上記特徴に加え、圧電基板上に抵抗を形成する
ので小型になるという特徴を有する。請求項３の発明で
は外付の抵抗を必要としないので小型化に貢献する。請
求項４記載の発明では発振周波数の可変範囲が広くなる
と共に、発振の安定度が大幅に改善させるという優れた
効果を表す。
【図１】図１（ａ）は本発明に係る複合振動子の構成を
示す図、（ｂ）はその電気的等価回路である。
示す図、（ｂ）はその電気的等価回路である。
【図２】３個の圧電振動子Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３の頂点温度
とその共振周波数の配置を示す図である。
とその共振周波数の配置を示す図である。
【図３】図１（ａ）に示す複合振動子のＲ11、Ｒ31を零
としたとき、該複合振動子が２５℃において呈するイン
ピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離したときの
周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線である。
としたとき、該複合振動子が２５℃において呈するイン
ピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離したときの
周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線である。
【図４】図３の周波数領域Ｐ１、Ｐ２の近傍において複
合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図示した
ものである。
合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図示した
ものである。
【図５】図１（ａ）に示す複合振動子のＲ11、Ｒ31を零
としたとき、該複合振動子が８５℃において呈するイン
ピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離したときの
周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線である。
としたとき、該複合振動子が８５℃において呈するイン
ピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離したときの
周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線である。
【図６】図５の周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の近傍にお
いて複合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図
示したものである。
いて複合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図
示したものである。
【図７】図１（ａ）に示す複合振動子が２５℃において
呈するインピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離
したときの周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線
である。
呈するインピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離
したときの周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線
である。
【図８】図７の周波数領域Ｐ１、Ｐ２の近傍において複
合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図示した
ものである。
合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを図示した
ものである。
【図９】図１（ａ）に示す複合振動子が８５℃において
呈するインピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離
したときの周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線
である。
呈するインピーダンスをリアクタンス分と抵抗分に分離
したときの周波数に対するそれぞれの値を図示した曲線
である。
【図１０】図９の周波数領域Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の近傍に
おいて複合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを
図示したものである。
おいて複合振動子が呈するリアクタンス分と抵抗分とを
図示したものである。
【図１１】本発明の複合振動子を用いた電圧制御型圧電
発振器の周波数温度特性を示す図である。
発振器の周波数温度特性を示す図である。
【図１２】本発明に係る電圧制御型圧電発振器の制御電
圧を可変した場合の周波数変動曲線Ａを示す曲線と、比
較のためＡＴカット水晶振動子を用いた電圧制御型圧電
発振器の周波数変動曲線Ｂを示す図である。
圧を可変した場合の周波数変動曲線Ａを示す曲線と、比
較のためＡＴカット水晶振動子を用いた電圧制御型圧電
発振器の周波数変動曲線Ｂを示す図である。
１・・複合振動子のリアクタンス分 ２・・複合振動子の抵抗分 Ｙ1、Ｙ2、Ｙ3・・圧電振動子 Ｒ11、Ｒ31・・抵抗 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・発振可能な周波数領域 α、β、γ・・周波数を可変したときの抵抗−リアクタ
ンス曲線 ＣＬ・・負荷容量
ンス曲線 ＣＬ・・負荷容量
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月１８日（２０００．９．１
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図１３
【補正方法】追加
【補正内容】
【図１３】従来の複合圧電振動子の構成を示す図で、
（ａ）は３個圧電振動子を並列接続したものに負荷容量
を直列接続した回路図、（ｂ）はその電気的等価回路
図、（ｃ）は３個の圧電振動子のそれぞれの頂点温度と
その周波数とを表した図である。
（ａ）は３個圧電振動子を並列接続したものに負荷容量
を直列接続した回路図、（ｂ）はその電気的等価回路
図、（ｃ）は３個の圧電振動子のそれぞれの頂点温度と
その周波数とを表した図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 上に凸の２次の周波数温度特性を有し、
その頂点温度が互いに異なる圧電振動子を３個並列接続
してなる複合振動子において、前記頂点温度が低温側及
び高温側に位置する２個の圧電振動子のそれぞれ一方の
端子に抵抗を挿入したことを特徴とする複合振動子。 - 【請求項２】 前記抵抗を前記圧電振動子の基板上に薄
膜あるいは厚膜にて形成したことを特徴とする請求項１
に記載の複合振動子。 - 【請求項３】 前記圧電振動子のエネルギー閉じ込めを
頂点温度が中央に位置する圧電振動子よりも浅くするか
あるいは、支持部に質量を付加して損失を増大させて等
価抵抗を大きくすることにより、前記抵抗の挿入を等価
的に実現したことを特徴とする請求項１に記載の複合振
動子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３の複合振動子を用いて構
成したことを特徴とする圧電発振器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000265511A JP2002076816A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 複合振動子とそれを用いた圧電発振器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000265511A JP2002076816A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 複合振動子とそれを用いた圧電発振器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002076816A true JP2002076816A (ja) | 2002-03-15 |
Family
ID=18752762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000265511A Pending JP2002076816A (ja) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | 複合振動子とそれを用いた圧電発振器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002076816A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968686A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-15 | 深圳微步信息股份有限公司 | 一种可兼容两种晶振的电路、电路板及终端装置 |
-
2000
- 2000-09-01 JP JP2000265511A patent/JP2002076816A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112968686A (zh) * | 2021-01-19 | 2021-06-15 | 深圳微步信息股份有限公司 | 一种可兼容两种晶振的电路、电路板及终端装置 |
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