JP2012178819A

JP2012178819A - 圧電発振器

Info

Publication number: JP2012178819A
Application number: JP2011273840A
Authority: JP
Inventors: Tomoyuki Hosoda; 朋之細田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2012-09-13
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP5896718B2; TWI481187B; US9130506B2; TW201236362A; US20120200363A1; CN102629852B; US8669821B2; CN102629852A; US20140104011A1

Abstract

【課題】反射素子の反射特性を用いて高周波化、周波数安定化を図ることができる圧電発振器を提供する。
【解決手段】電界効果型のトランジスタ１のゲートに共振回路３が接続され、ドレインに出力端子７が接続されると共に、電源電圧Ｖが印加され、ソースに反射素子として圧電共振器６が接続され、共振回路３の共振周波数と反射素子の圧電共振器６の発振周波数とを略同じにした圧電発振器であり、共振回路３とゲートとの間に第１のマッチング回路２と、ドレインと出力端子８との間に第２のマッチング回路７と、ソースと反射素子との間に第３のマッチング回路５を設けるようにしてもよいものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、反射素子を用いた圧電発振器に係り、特に、反射素子の反射特性を用いて高周波化、周波数安定化を行う圧電発振器に関する。

［従来の技術］
圧電発振器では、コルピッツ型、ピアース型等の回路がある。
従来の発振器は、共振器の位相を制御して発振させる回路を用いて、その周波数を制御していた。
従来の圧電発振器について、コルピッツ回路の水晶発振回路とインバータ回路の水晶発振回路について説明する。

［コルピッツ型水晶発振回路：図１３］
従来のコルピッツ型水晶発振回路について図１３を参照しながら説明する。図１３は、従来のコルピッツ型水晶発振回路の回路図である。
従来のコルピッツ型水晶発振回路は、図１３に示すように、水晶振動子Ｘの一端が発振用のトランジスタＴｒのベースに接続し、水晶振動子Ｘの他端が接地している。
そして、トランジスタＴｒのコレクタには電源電圧Ｖが抵抗Ｒｃを介して印加されると共にコンデンサを介して出力端子（OUTPUT）が設けられている。
また、トランジスタＴｒのエミッタは抵抗ＲEを介して接地している。

トランジスタＴｒのベースには、電源電圧Ｖが抵抗ＲAを介して印加され、当該ベースは抵抗ＲBを介して接地している。
更に当該ベースには容量Ｃ1，Ｃ2の直列接続の一端が接続し、他端が接地され、容量Ｃ1と容量Ｃ2の間の点がエミッタに接続している。
以上の構成の従来のコルピッツ型水晶発振回路で発振動作が行われる。

［インバータ型水晶発振回路：図１４］
従来のインバータ型水晶発振回路について図１４を参照しながら説明する。図１４は、従来のインバータ型水晶発振回路の回路図である。
従来のインバータ型水晶発振回路は、図１４に示すように、インバータＩＣの入力側に水晶振動子Ｘの一端が接続し、インバータＩＣの出力側に水晶振動子Ｘの他端が接続し、更に入力側と出力側が抵抗Ｒｆを介して接続している。

入力側には容量Ｃgの一端が接続し、他端が接地され、出力側には容量Ｃｄの一端が接続され、他端が接地され、出力側には出力端子（OUTPUT）が設けられている。
以上の構成の従来のインバータ型水晶発振回路で発振動作が行われる。

［関連技術］
尚、関連する先行技術として、特開２０００−０８２９２２号公報「圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献１］、特開２０００−２９５０３７号公報「高安定度圧電発振器」（東洋通信機株式会社）［特許文献２］、実開平０１−０７４６１６号公報「マイクロ波発振回路」（富士電気化学株式会社）［特許文献３］、特開平１０−１１２６１２号公報「高周波発振回路」（株式会社村田製作所）［特許文献４］、特開２００８−１５７７５１号公報「感知装置」（日本電波工業株式会社）［特許文献５］がある。

更に、非特許文献として、「INTERNATIONAL STANDARD, Waveguide type dielectric resonators Part 2: Guidelines for oscillator and filter applications, IEC 61338-2, First edition 2004-05, International Electrotechnical Commission」［非特許文献１］と「電子情報通信学会「知識ベース」９群−７編−５章（ver.1/2010.7.22）能動回路素子５−１−４ＦＥＴ発振器の一般構成」［非特許文献２］がある。

特許文献１，２には、圧電発振器において、トランジスタのベースに直列共振回路を接続し、ベース・エミッタ間に並列共振回路を接続することが示されている。

特許文献３には、マイクロ波発振回路において、誘電体を用いた帰還部と増幅器とを組み合わせ、増幅器の出力側に基本波を反射する反射部を設け、基本波を帰還部に戻して高周波を出力することが示されている。
特許文献４には、高周波発振回路において、出力フィルタで発振条件を設定することが示されている。

また、特許文献５には、圧電振動子を発振させるために、駆動電流が０．３ｍＡ以下となるように圧電振動子に発振駆動電力を供給する発振回路を備えた感知装置が示されている。
更に、非特許文献１には、反射型の発振器の例が記載されている。
また、非特許文献２には、ＦＥＴトランジスタを使用した発振回路の一般構成が示されている。

特開２０００−０８２９２２号公報特開２０００−２９５０３７号公報実開平０１−０７４６１６号公報特開平１０−１１２６１２号公報特開２００８−１５７７５１号公報

INTERNATIONAL STANDARD, Waveguide type dielectric resonators Part 2: Guidelines for oscillator and filter applications, IEC 61338-2, First edition 2004-05, International Electrotechnical Commission. 電子情報通信学会「知識ベース」９群−７編−５章（ver.1/2010.7.22）能動回路素子５−１−４ＦＥＴ発振器の一般構成

しかしながら、従来の圧電発振器では、周波数が高周波になるに従い、その波長が短くなることから、プリント基板の線路長、共振子からパッケージまでの線路長、共振子搭載時のずれなどを考慮する必要があり、またこれらにより線路長がすれることから、所望の周波数からずれてしまい、周波数を調整するために位相調整がセンシティブとなり、高安定化させることが難しくなっているという問題点があった。

本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、反射素子の反射特性を用いて高周波化、周波数の早期安定化を図ることができる圧電発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、トランジスタを備えた圧電発振器であって、トランジスタのゲートには共振回路が接続され、トランジスタのドレインには出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続され、反射素子の発振周波数と共振回路の共振周波数を略同じにしたことを特徴とする。

本発明は、トランジスタを備えた圧電発振器であって、トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、トランジスタのドレインには第２のマッチング回路を介して出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続され、第１のマッチング回路及び第２のマッチング回路及び第３のマッチング回路により、共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにしたことを特徴とする。

本発明は、トランジスタを備えた圧電発振器であって、トランジスタのゲートには共振回路が接続され、トランジスタのドレインには電源電圧が印加され、トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、反射素子の発振周波数と共振回路の共振周波数を略同じにしたことを特徴とする。

本発明は、トランジスタを備えた圧電発振器であって、トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、トランジスタのドレインには電源電圧が第２のマッチング回路を介して印加され、トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、第１のマッチング回路及び第２のマッチング回路及び第３のマッチング回路により、共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにしたことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、反射素子を圧電共振器としたことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、共振回路をコイルとコンデンサの並列接続回路で構成したことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、共振回路を圧電共振器としたことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、反射素子と共振回路とを共に圧電共振器とし、反射素子の圧電共振器と共振回路の圧電共振器について、１つの圧電素子に２つの電極を形成し、当該２つの電極をそれぞれ２つの圧電共振器の電極とする共振器で構成したことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、マッチング回路が、可変容量素子と可変抵抗を備え、可変容量素子又は／及び可変抵抗の設定を変更し、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にすることを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、共振回路をマイクロストリップライン及び共振器で構成したことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、出力端子の前段にフィルタを設けたことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、トランジスタを電界効果型トランジスタとしたことを特徴とする。

本発明は、上記圧電発振器において、トランジスタをＮＰＮ型トランジスタとしたことを特徴とする。

本発明によれば、トランジスタのゲートには共振回路が接続され、トランジスタのドレインには出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続され、反射素子の発振周波数と共振回路の共振周波数を略同じにした圧電発振器としているので、高周波にて周波数を早期に安定化できる効果がある。

本発明によれば、トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、トランジスタのドレインには第２のマッチング回路を介して出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続され、第１のマッチング回路及び第２のマッチング回路及び第３のマッチング回路により、共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにした圧電発振器としているので、高周波にて周波数を早期に安定化できる効果がある。

本発明によれば、トランジスタのゲートには共振回路が接続され、トランジスタのドレインには電源電圧が印加され、トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、反射素子の発振周波数と共振回路の共振周波数を略同じにした圧電発振器としているので、高周波にて周波数を早期に安定化できる効果がある。

本発明によれば、トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、トランジスタのドレインには電源電圧が第２のマッチング回路を介して印加され、トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、第１のマッチング回路及び第２のマッチング回路及び第３のマッチング回路により、共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにした圧電発振器としているので、高周波にて周波数を早期に安定化できる効果がある。

本発明によれば、マッチング回路が、可変容量素子と可変抵抗を備え、可変容量素子又は／及び可変抵抗の設定を変更し、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にする上記圧電発振器としているので、発振周波数を可変にし、可変した周波数を早期に安定化させることができる効果がある。

本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。第１の実施形態における具体的圧電発振器の例１を示す回路図である。第１の実施形態における具体的圧電発振器の例２を示す回路図である。本発明の第３の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。本発明の第４の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。本発明の第５の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。マッチング回路１の回路図である。マッチング回路２の回路図である。共振回路がマイクロ波回路である場合を示す回路図である。シミュレーション回路の回路図である。発振起動時間のシミュレーション結果を示す図である。従来のコルピッツ型水晶発振回路の回路図である。従来のインバータ型水晶発振回路の回路図である。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、トランジスタのゲート（ベース）に共振回路が接続し、トランジスタのドレイン（コレクタ）に出力端子が接続され、当該出力端子側に電源電圧が印加され、トランジスタのソース（エミッタ）に反射素子が接続され、共振回路の共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにしたものであり、高周波にて周波数を早期に安定化できるものである。

また、本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、トランジスタのゲート（ベース）に共振回路が接続し、トランジスタのドレイン（コレクタ）に電源電圧が印加され、トランジスタのソース（エミッタ）に反射素子と出力端子が接続され、共振回路の共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにしたものであり、高周波にて周波数を早期に安定化できるものである。

［第１の実施形態の圧電発振器：図１］
本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。
本発明の第１の実施形態に係る圧電発振器（第１の圧電発振器）は、図１に示すように、トランジスタ１と、共振回路３と、インピーダンス（Ｚ0）となる抵抗４と、反射素子の圧電共振器６と、出力端子（OUTPUT）８とを基本的に有している。

トランジスタ１は、電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１であり、共振回路３の一端にＦＥＴ１のゲート（Ｇ）が接続し、ドレイン（Ｄ）は出力端子８に接続し、ソース（Ｓ）は圧電共振器６の一端に接続している。
トランジスタ１は、共振回路３から出力された共振周波数を増幅する。

共振回路３の一端は、ＦＥＴ１のゲート（Ｇ）に接続し、共振回路３の他端は抵抗４の一端に接続している。
共振回路３は、ＬＣ共振器、圧電共振器、圧電フィルタ、ＳＡＷ（Surface acoustic wave：弾性表面波）共振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）共振器等で構成され、周波数の発振動作を行い、共振周波数をトランジスタ１に出力する。
尚、出力端子８側に電源電圧が抵抗を介して印加されるようになっている。

反射素子の圧電共振器６は、反射特性を用いて共振させ、発振周波数を出力するものである。この発振周波数によって出力端子８から発振出力が得られる。
ここで、圧電共振器６の発振周波数と共振回路３の共振周波数は、ほぼ同じになるよう設定されている。何故ならば、共振回路３の共振周波数を圧電共振器６に出力することで、圧電共振器６の発振起動を早くすることができ、周波数を早期に安定化できるものである。
つまり、圧電共振器６を反射素子として共振させることで、出力端子８から得られる発振出力を、高周波にて周波数を早期に安定化させることができる。

また、トランジスタ１は、ＦＥＴとしているが、ＮＰＮ型トランジスタであってもよい。この場合、コレクタ（Ｃ）には出力端子８が接続され、エミッタ（Ｅ）には反射素子の圧電共振器６が接続され、ベース（Ｂ）には共振回路３の一端が接続され、共振回路３の他端には抵抗４を介して接地されるものである。
尚、出力端子８の前段にフィルタを設けるようにしてもよい。

［第２の実施形態の圧電発振器：図２］
本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器について図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。
本発明の第２の実施形態に係る圧電発振器（第２の圧電発振器）は、図２に示すように、基本的には、図１の回路と同様であるが、ＦＥＴ１のゲート（Ｇ）がマッチング回路（Ｍ）２を介して共振回路３に接続し、ＦＥＴ１のドレイン（Ｄ）はマッチング回路（Ｍ）７を介して出力端子８に接続し、ソース（Ｓ）はマッチング回路（Ｍ）５を介して圧電共振器６の一端に接続し、圧電共振器６の他端が接地している。

尚、第２の圧電発振器でも、高周波にて周波数の早期安定化のために、共振回路３の共振周波数と圧電共振器６の発振周波数はほぼ同じに設定されている。

マッチング回路２，５，７は、共振回路３からの共振周波数を可変にし、その周波数の調整を行う。
つまり、共振回路３の共振周波数と圧電共振器６の発振周波数はほぼ同じに設定しているものの、両者の不一致が適性でない場合も想定されるので、マッチング回路２，５，７を調整することにより、共振回路３の共振周波数を可変にして、圧電共振器６の発振周波数に近づけるものである。

具体的には、マッチング回路２，５，７は、内部の可変容量素子又は／及び可変抵抗の値を変更することにより、ゲート側、ソース側に形成される回路のインピーダンスを不平衡にし、それにより、回路が平衡になろうとして平衡状態に落ち着き、周波数を可変にするものである。マッチング回路の具体的な構成は、後述する。
尚、出力端子８側に電源電圧が抵抗を介して印加されるようになっている。
トランジスタ１は、ＮＰＮ型トランジスタを用いてもよい。

［第２の実施形態の具体例１：図３］
第２の実施形態における具体的圧電発振器の例１について図３を参照しながら説明する。図３は、第２の実施形態における具体的圧電発振器の例１を示す回路図である。
第２の実施形態における具体的圧電発振器の例１（具体的圧電発振器１）は、図３に示すように、図２の第２の圧電発振器において、共振回路３がコイル（Ｌ1）３１とコンデンサ（Ｃ1）の並列接続回路となっており、マッチング回路７と出力端子８との間にフィルタ９が形成され、マッチング回路７とフィルタ９との間に抵抗（Ｒ1）１０を介して電源電圧Ｖが印加されている。
尚、図３における構成において、ＦＥＴ１をＮＰＮ型トランジスタに置き換えてもよい。

尚、第２の実施形態の具体的圧電発振器１でも、高周波にて周波数の早期安定化のために、Ｌ1 ３１とＣ1 ３２の並列回路で構成される共振回路３の共振周波数と圧電共振器６の発振周波数はほぼ同じに設定されている。

［第２の実施形態の具体例２：図４］
第２の実施形態における具体的圧電発振器の例２について図４を参照しながら説明する。図４は、第２の実施形態における具体的圧電発振器の例２を示す回路図である。
第２の実施形態における具体的圧電発振器の例２（具体的圧電発振器２）は、図４に示すように、図３における共振回路の代わりに、圧電共振器３０が設けられている。

図４において、ゲート（Ｇ）側に接続する圧電共振器３０とソース（Ｓ）に接続する圧電共振器６とは別の構成とし、ソース（Ｓ）に接続する圧電共振器６の共振特性により出力周波数を決定する。つまり、圧電共振器３０の共振周波数と圧電共振器６の発振周波数はほぼ同じ設定されている。

また、図４において、圧電共振器３０と圧電共振器６を別々の構成とはせず、１つの圧電素子から２つの電極を形成した共振器とし、一方をゲート（Ｇ）側に接続し、他方をソース（Ｓ）側に接続する構成としてもよい。この場合も、ソース（Ｓ）側にある圧電共振器の共振特性により出力周波数を決定する。
尚、図４における構成において、ＦＥＴ１をＮＰＮ型トランジスタに置き換えてもよい。

［第３の実施形態の圧電発振器：図５］
本発明の第３の実施形態に係る圧電発振器について図５を参照しながら説明する。図５は、本発明の第３の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。
本発明の第３の実施形態に係る圧電発振器（第３の圧電発振器）は、図５に示すように、トランジスタ１と、マッチング回路（Ｍ）２と、共振回路３と、インピーダンス（Ｚ0）となる抵抗４と、反射素子のフィードバックリアクタンス１２と、マッチング回路（Ｍ）１１と、出力端子（OUTPUT）８′と、フィルタ９′と、抵抗（Ｒ1）１０とを基本的に有している。

トランジスタ１は、ＦＥＴであり、ドレイン（Ｄ）には抵抗１０を介して電源電圧Ｖが印加され、ソース（Ｓ）にはマッチング回路（Ｍ）１１を介して反射素子のフィードバックリアクタンス１２が接続され、ゲート（Ｇ）にはマッチング回路（Ｍ）２を介して共振回路３の一端が接続され、共振回路３の他端には抵抗４を介して接地されている。
また、マッチング回路１１とフィードバックリアクタンス１２を接続する線にフィルタ９′を介して出力端子８′が設けられている。

フィルタ９′は、出力端子８′の前段に設けられ、特定帯域の周波数を通過させ、精度の高い周波数を出力できる。フィルタとしてＳＡＷフィルタ等の圧電フィルタであってもよい。
マッチング回路１１は、フィードバックリアクタンス１２からの発振周波数を可変にし、その周波数の調整を行う。

フィードバックリアクタンス１２は、反射素子として動作するもので、ＬＣＲで構成される帰還リアクタンスであり、ＩＣにて回路を実現でき、発振器を高周波化し、製品を小型化できる。
また、フィードバックリアクタンス１２に、圧電共振器を用いてもよく、圧電共振器の一端をマッチング回路（Ｍ）１１に接続し、圧電共振器の他端を接地せず、開放とする。

トランジスタ１、マッチング回路２、共振回路３、抵抗４については、図１又は図２で説明したものと同様である。
図５の第３の圧電発振器においても、共振回路３の共振周波数とフィードバックリアクタンス１２における発振周波数がほぼ同じになるよう設定されている。

また、共振回路３とフィードバックリアクタンス１２にて、別の共振帯域を使用することにより、出力周波数をＮ倍若しくは１／ｎ倍にすることもできる。
更に、図５のＦＥＴ１の代わりに、ＮＰＮ型トランジスタを用いてもよい。
尚、トランジスタ１のドレイン（Ｄ）と抵抗１０との間にマッチング回路を設けるようにしてもよい。

［第４の実施形態の圧電発振器：図６］
本発明の第４の実施形態に係る圧電発振器について図６を参照しながら説明する。図６は、本発明の第４の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。
本発明の第４の実施形態に係る圧電発振器（第４の圧電発振器）は、図６に示すように、図５のマッチング回路１１の代わりに、ソース（Ｓ）にコイル（Ｌ2）１３の一端を接続し、その他端をフィルタ９′の入力に接続し、コイル１３の他端とフィルタ９′の入力側との間の点に抵抗（Ｒ2）１４の一端が接続し、その他端が接地されている。

図６の第４の圧電発振器においても、共振回路３の共振周波数とフィードバックリアクタンス１２における発振周波数がほぼ同じになるよう設定されている。
図５のマッチング回路１１の代わりに、図６のＬ１３とＲ１４用いた回路であっても図５と同様の効果を達成できるものである。つまり、マッチング回路２を調整することにより、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にし、周波数を安定化させるものである。

尚、図６のＦＥＴ１の代わりに、ＮＰＮ型トランジスタを用いてもよい。
また、トランジスタ１のドレイン（Ｄ）と抵抗１０との間にマッチング回路を設けるようにしてもよい。

［第５の実施形態の圧電発振器：図７］
本発明の第５の実施形態に係る圧電発振器について図７を参照しながら説明する。図７は、本発明の第５の実施形態に係る圧電発振器の回路図である。
本発明の第５の実施形態に係る圧電発振器（第５の圧電発振器）は、図７に示すように、図６のフィルタ９′と出力端子８′を取り除き、トランジスタ１のドレイン（Ｄ）にはマッチング回路７、フィルタ９を介して出力端子８が接続し、マッチング回路７とフィルタ９との間の点に抵抗（Ｒ1）１０を介して電源電圧Ｖが印加されている。

図７の第４の圧電発振器においても、共振回路３の共振周波数とフィードバックリアクタンス１１における発振周波数がほぼ同じになるよう設定されている。
図７の回路であっても図５、図６と同様の効果を達成できるものである。つまり、マッチング回路２，７を調整することにより、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にし、周波数を安定化させるものである。
尚、図７のＦＥＴ１の代わりに、ＮＰＮ型トランジスタを用いてもよい。

［マッチング回路１：図８］
次に、本実施の形態におけるマッチング回路の例１（マッチング回路１）について図８を参照しながら説明する。図８は、マッチング回路１の回路図である。
マッチング回路１は、図８に示すように、可変コイルＬ3と可変コンデンサＣ2とから構成され、可変コイルＬ3の出力側に可変コンデンサＣ2の一端が接続し、その他端が接地されている。

マッチング回路１では、可変コイルＬ3と可変コンデンサＣ2の一方又は双方の値を変更することにより、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にするものである。

［マッチング回路２：図９］
更に、本実施の形態におけるマッチング回路の例２（マッチング回路２）について図９を参照しながら説明する。図９は、マッチング回路２の回路図である。
マッチング回路２は、図９に示すように、図８のコンデンサＣ2の代わりに、可変ダイオードＤを用い、可変ダイオードＤのカソード側がコイルＬ3の出力側に接続し、可変ダイオードＤのアノード側が接地されている。

マッチング回路２では、可変コイルＬ3と可変ダイオードＤの一方又は双方の値を変更することにより、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にするものである。
図１〜図７のマッチング回路として、上記マッチング回路１，２が用いられる。

［共振回路（マイクロ波回路）：図１０］
次に、本実施の形態における共振回路についてマイクロ波回路の場合を、図１０を参照しながら説明する。図１０は、共振回路がマイクロ波回路である場合を示す回路図である。
共振回路がマイクロ波回路である場合は、マイクロストリップライン３３と、共振器３４で構成され、マイクロストリップライン３３との脇に非接触で共振器３４を設ける。
マイクロ波回路の場合、図１，２、図５〜図７の共振回路に、図１０の共振回路が用いられる。

［シミュレーション回路：図１１］
次に、本実施の形態についてシミュレーションを行って動作検証したことを説明する。
まず、シミュレーション回路は、図１の回路を基礎とし、共振回路３をコイルとコンデンサの並列回路としたものであり、図１１に示すものである。図１１は、シミュレーション回路の回路図である。
シミュレーション回路は、図１１に示すように、ＦＥＴ１のゲート（Ｇ）のＬＣの共振回路３の一端が接続し、共振回路３の他端は抵抗（Ｚ0）を介して接地されている。
共振回路３は、コイルＬ1とコンデンサＣ１の並列接続回路である。

ＦＥＴ１のソース（Ｓ）は、圧電共振器５６の一端に接続し、圧電共振器５６の他端が接地している。尚、ＦＥＴ１のソース（Ｓ）側に電流計を設けている。
また、ＦＥＴ１のドレイン（Ｄ）は、出力端子（Ｖout）８に接続すると共に抵抗（Ｒ1）１０の一端に接続し、抵抗１０の他端が電源電圧（Ｖ_DC）に接続している。尚、抵抗１０の他端には電流計が設けられ、また、ノイズ除去用のコンデンサ（Ｃ2）の一端が接続し、そのコンデンサの他端が接地している。

ここで、共振回路３の共振周波数ｆ3は、以下の式で求められる。
ｆ3＝１／２π√（Ｌ1Ｃ1）
また、圧電共振器６の発振周波数をｆ5とすると、ｆ5＝ｆ3となるよう、Ｌ1とＣ1の値を決定する。これにより、圧電共振器６の発振周波数ｆ5に対して共振回路３の共振周波数ｆ3をほぼ等しくでき、高周波で周波数安定を早期に実現できる。

［シミュレーション結果：図１２］
次に、シミュレーション結果について図１２を参照しながら説明する。図１２は、発振起動時間のシミュレーション結果を示す図である。尚、図１２では、横軸が時間（time［μsec］）を表し、縦軸がドレインの電圧（Ｖ_out）の振幅（ドレイン振幅）を表している。
図１２では、圧電共振器６の水晶のＱについて、Ｑ＝１０００とＱ＝１００００の場合に、出力電圧［Ｖ］の起動時間における推移を示している。

水晶Ｑ＝１００００の場合、発振起動時間が３０μｓを実現した。また、水晶Ｑ＝１０００の場合、発振起動時間が５０μｓを実現した。従来の水晶発振器では起動時間は３００μｓ程度であるから、水晶Ｑが低い状態においても、実施の形態では、起動時間を著しく短縮できる。

また、図１１のシミュレーション回路において、圧電共振器６に流れる電流ＩXは、０．０４５ｍＡであり、従来技術では数ｍＡであるのに対して非常に小さいものとなった。
本実施の形態に係る圧電発振器では、圧電共振器６の持つ抵抗成分が小さく、圧電共振器６が容量成分として機能しているためである。

従来、共振器として用いられる水晶振動子では、温度変化・経年変化による抵抗成分の変動があり、従来は設計時にパラメータを変化させ安定領域を検討していた。
これに対して、本実施の形態では、圧電共振器６の持つ抵抗成分を小さくしているので、抵抗成分の変動によらない、安定した動作を実現できるものである。

［アクティビティディップへの対応］
水晶振動子に電流が流れる状態で使用すると、アクティビティディップという周波数ジャンプを引き起こし、支障をきたす場合があった。
この周波数ジャンプを回避するためには、水晶振動子に流れる電流を０．３ｍＡ以下にする必要があるが、従来の回路では実現が難しい。特許文献５では、圧電振動子に供給される駆動電流を０．３ｍＡ以下とする発振回路が示されているが、反射素子として利用される圧電共振器６に流れる電流を０．３ｍＡ以下にすることは困難であった。

本シミュレーション回路では、圧電共振器６に流れる電流ＩXが０．０４ｍＡ〜０．０５ｍＡとなるので、０．３ｍＡ未満を実現でき、周波数ジャンプが発生しない状態で使用することが可能となるものである。

［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、トランジスタ１のゲートに共振回路３が接続し、ドレインに出力端子８が接続され、当該出力端子８側に電源電圧Ｖが印加され、ソースに反射素子が接続され、共振回路３の共振周波数と反射素子の発振周波数を略同じにしたものであり、高周波にて周波数を早期に安定化できる効果がある。

本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、トランジスタ１のゲートと共振回路３との間にマッチング回路２が接続され、ドレインと出力端子８との間にマッチング回路７が接続されたものであり、マッチング回路２，５，７を調整することにより、共振回路３の共振周波数を可変にし、反射素子の発振周波数に近づけるようにしているので、高周波にて周波数を安定化できる効果がある。

また、本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、トランジスタ１のゲートと共振回路３との間にマッチング回路２が接続され、ドレインに電源電圧Ｖが印加され、ソースにマッチング回路１１を介して反射素子と出力端子が接続されたものであり、高周波にて周波数を安定化できる効果がある。

また、本発明の実施の形態に係る圧電発振器は、マッチング回路における可変容量素子又は／及び可変抵抗等を可変にすることにより、ゲート側、ソース側のインピーダンスの不平衡を作り出して発振周波数を可変にし、平衡状態に落ち着くことで可変した周波数を安定化させることができる効果がある。

本発明は、反射素子の反射特性を用いて高周波化、周波数安定化を図ることができる圧電発振器に好適である。

１...トランジスタ、２...マッチング回路（Ｍ）、３...共振回路、４...抵抗（Ｚ0）、５...マッチング回路（Ｍ）、６...圧電共振器、７...マッチング回路（Ｍ）、８，８′...出力端子、９，９′...フィルタ、１０...抵抗（Ｒ1）、１１...マッチング回路（Ｍ）、１２...フィードバックリアクタンス、１３...コイル（Ｌ2）、１４...抵抗（Ｒ2）、３０...圧電共振器、３１...コイル（Ｌ1）、３２...コンデンサ（Ｃ1）

Claims

トランジスタを備えた圧電発振器であって、
前記トランジスタのゲートには共振回路が接続され、
前記トランジスタのドレインには出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、
前記トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続され、
前記反射素子の発振周波数と前記共振回路の共振周波数を略同じにしたことを特徴とする圧電発振器。
トランジスタを備えた圧電発振器であって、
前記トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、
前記トランジスタのドレインには第２のマッチング回路を介して出力端子が設けられると共に電源電圧が印加され、
前記トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続され、
前記第１のマッチング回路及び前記第２のマッチング回路及び前記第３のマッチング回路により、前記共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と前記反射素子の発振周波数を略同じにしたことを特徴とする圧電発振器。
トランジスタを備えた圧電発振器であって、
前記トランジスタのゲートには共振回路が接続され、
前記トランジスタのドレインには電源電圧が印加され、
前記トランジスタのソースには共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、
前記反射素子の発振周波数と前記共振回路の共振周波数を略同じにしたことを特徴とする圧電発振器。
トランジスタを備えた圧電発振器であって、
前記トランジスタのゲートには第１のマッチング回路を介して共振回路が接続され、
前記トランジスタのドレインには電源電圧が第２のマッチング回路を介して印加され、
前記トランジスタのソースには第３のマッチング回路を介して共振によって反射させる反射素子が接続されると共に、出力端子が設けられ、
前記第１のマッチング回路及び前記第２のマッチング回路及び前記第３のマッチング回路により、前記共振回路の共振周波数を可変にし、当該可変にした共振周波数と前記反射素子の発振周波数を略同じにしたことを特徴とする圧電発振器。
反射素子を圧電共振器としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の圧電発振器。
共振回路をコイルとコンデンサの並列接続回路で構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の圧電発振器。
共振回路を圧電共振器としたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の圧電発振器。
反射素子と共振回路とを共に圧電共振器とし、
前記反射素子の圧電共振器と前記共振回路の圧電共振器について、１つの圧電素子に２つの電極を形成し、当該２つの電極をそれぞれ前記２つの圧電共振器の電極とする共振器で構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の圧電発振器。
マッチング回路は、可変容量素子と可変抵抗を備え、前記可変容量素子又は／及び前記可変抵抗の設定を変更し、不平衡状態を作り出し、平衡状態に戻ることを利用して周波数を可変にすることを特徴とする請求項２又は４記載の圧電発振器。
共振回路をマイクロストリップライン及び共振器で構成したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の圧電発振器。
出力端子の前段にフィルタを設けたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の圧電発振器。
トランジスタを電界効果型トランジスタとしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の圧電発振器。
トランジスタをＮＰＮ型トランジスタとしたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の圧電発振器。