JP3005897B2 - 水晶発振器の温度補償用電圧発生回路 - Google Patents
水晶発振器の温度補償用電圧発生回路Info
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- JP3005897B2 JP3005897B2 JP10063882A JP6388298A JP3005897B2 JP 3005897 B2 JP3005897 B2 JP 3005897B2 JP 10063882 A JP10063882 A JP 10063882A JP 6388298 A JP6388298 A JP 6388298A JP 3005897 B2 JP3005897 B2 JP 3005897B2
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- Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)
- Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
Description
【０００１】従来の、３個以上の感温素子を用いる温度
補償回路は構成が複雑で調整が困難である。本発明は３
個以上の感温素子を用いる場合でも同一定格の感温素子
を用いることが出来ること、回路も同一構成の回路を複
数段用いることにより単純化されており、目的とする特
性の曲率に併せて段数を設定すれば良い。これらの特徴
により、回路定数の決定は計算機による自動設計に適し
ている。また、増幅回路は絶縁増幅器と低倍率の増幅度
を持つ増幅器の組み合わせを選べば良く、出力電圧が飽
和しない限り、増幅回路は中間に置く一段のみでよい。
補償回路は構成が複雑で調整が困難である。本発明は３
個以上の感温素子を用いる場合でも同一定格の感温素子
を用いることが出来ること、回路も同一構成の回路を複
数段用いることにより単純化されており、目的とする特
性の曲率に併せて段数を設定すれば良い。これらの特徴
により、回路定数の決定は計算機による自動設計に適し
ている。また、増幅回路は絶縁増幅器と低倍率の増幅度
を持つ増幅器の組み合わせを選べば良く、出力電圧が飽
和しない限り、増幅回路は中間に置く一段のみでよい。
【０００２】水晶発振器の発振周波数の温度特性が３次
曲線を示すことはよく知られている。ＴＣＸＯは電圧容
量可変素子を用いて水晶発振器の温度特性を補償する。
電圧容量可変素子を制御する電圧を発生する補償電圧発
生回路の精度がＴＣＸＯの性能を決定する要素の一つで
ある。補償電圧発生回路が出力すべき電圧は、補償を目
的とする温度範囲ではＳ字型の変化をするといえる。こ
の横軸に温度Ｔをとってグラフに表したＳ字型曲線を目
的曲線と名付けてＶＴＯで表し、図１に示す。
曲線を示すことはよく知られている。ＴＣＸＯは電圧容
量可変素子を用いて水晶発振器の温度特性を補償する。
電圧容量可変素子を制御する電圧を発生する補償電圧発
生回路の精度がＴＣＸＯの性能を決定する要素の一つで
ある。補償電圧発生回路が出力すべき電圧は、補償を目
的とする温度範囲ではＳ字型の変化をするといえる。こ
の横軸に温度Ｔをとってグラフに表したＳ字型曲線を目
的曲線と名付けてＶＴＯで表し、図１に示す。
【０００３】補償回路は図２に示す回路７と図３に示す
回路８の２種類である。回路７と回路８は全く等しい形
状をしている。しかし図２の回路７は、設計の最初にお
いては図中の５で示す抵抗Ｒ３ｓ＝∽，６で示す抵抗Ｒ
４ｓ＝０と設定するので、機能的には図２中の３で示す
サーミスタ抵抗ＲＴと図２中の４で示す抵抗Ｒ２Ｓの並
列回路に対してサーミスタ抵抗１と図２中２で示す抵抗
Ｒ １Ｓ の直列回路を直列接続した回路に入力電圧Ｅを印
加し、サーミスタ抵抗１と抵抗Ｒ １Ｓ の直列回路の両端
から出力電圧ＶＴＳを取り出す回路である。この回路を
第１基本回路と呼ぶ。一方、図３の回路８は、設計の最
初においては図中の１３で示す抵抗Ｒ３Ｐ＝∽，１４で
示す抵抗Ｒ４Ｐ＝０と設定するので、サーミスタ抵抗１
１と図中１２で示す抵抗Ｒ２Ｐの直列回路に対してサー
ミスタ抵抗９と図中１０で示す抵抗Ｒ １Ｐ の並列回路を
直列接続した回路に入力電圧Ｅを印加し、サーミスタ抵
抗９と抵抗Ｒ １Ｐ の並列回路の両端から出力電圧ＶＴＰ
を取り出す回路である。この回路を第２基本回路と呼
ぶ。従って、図２の回路７の抵抗５のＲ３Ｓと抵抗６の
Ｒ４Ｓおよび回路８の抵抗１３のＲ３Ｐと抵抗１４のＲ
４Ｐはそれぞれ出力電圧の温度特性を調整するための抵
抗である。
回路８の２種類である。回路７と回路８は全く等しい形
状をしている。しかし図２の回路７は、設計の最初にお
いては図中の５で示す抵抗Ｒ３ｓ＝∽，６で示す抵抗Ｒ
４ｓ＝０と設定するので、機能的には図２中の３で示す
サーミスタ抵抗ＲＴと図２中の４で示す抵抗Ｒ２Ｓの並
列回路に対してサーミスタ抵抗１と図２中２で示す抵抗
Ｒ １Ｓ の直列回路を直列接続した回路に入力電圧Ｅを印
加し、サーミスタ抵抗１と抵抗Ｒ １Ｓ の直列回路の両端
から出力電圧ＶＴＳを取り出す回路である。この回路を
第１基本回路と呼ぶ。一方、図３の回路８は、設計の最
初においては図中の１３で示す抵抗Ｒ３Ｐ＝∽，１４で
示す抵抗Ｒ４Ｐ＝０と設定するので、サーミスタ抵抗１
１と図中１２で示す抵抗Ｒ２Ｐの直列回路に対してサー
ミスタ抵抗９と図中１０で示す抵抗Ｒ １Ｐ の並列回路を
直列接続した回路に入力電圧Ｅを印加し、サーミスタ抵
抗９と抵抗Ｒ １Ｐ の並列回路の両端から出力電圧ＶＴＰ
を取り出す回路である。この回路を第２基本回路と呼
ぶ。従って、図２の回路７の抵抗５のＲ３Ｓと抵抗６の
Ｒ４Ｓおよび回路８の抵抗１３のＲ３Ｐと抵抗１４のＲ
４Ｐはそれぞれ出力電圧の温度特性を調整するための抵
抗である。
【０００４】図２に示す回路７において、抵抗５＝∽、
抵抗６＝０とした第１基本回路に定電圧Ｅを印加した場
合の出力電圧Ｖ ＴＳ の温度特性は下に凸なる形状を示
す。また、第１基本回路の出力電圧ＶＴＳに極小値を与
える温度Ｔｍｉｎにおけるサーミスタの抵抗値Ｒ
ＳＴｍｉｎと抵抗２のＲ１Ｓ、抵抗４のＲ２Ｓとの間に
は簡単な関係式「数１」式が成り立つ。次に、温度Ｔに
対して目的曲線の変化が最大となる温度ＴｋとＴｋのと
きのサーミスタ抵抗ＲＴｋを用いて、第１基本回路の出
力電圧Ｖ ＴＳ の温度特性の変化の最大値を与える抵抗２
即ちＲ１Ｓが「数２」式で与えられる。従って、「数
１」、「数２」式を用いて図２の抵抗２と抵抗４を定め
ることができる。
抵抗６＝０とした第１基本回路に定電圧Ｅを印加した場
合の出力電圧Ｖ ＴＳ の温度特性は下に凸なる形状を示
す。また、第１基本回路の出力電圧ＶＴＳに極小値を与
える温度Ｔｍｉｎにおけるサーミスタの抵抗値Ｒ
ＳＴｍｉｎと抵抗２のＲ１Ｓ、抵抗４のＲ２Ｓとの間に
は簡単な関係式「数１」式が成り立つ。次に、温度Ｔに
対して目的曲線の変化が最大となる温度ＴｋとＴｋのと
きのサーミスタ抵抗ＲＴｋを用いて、第１基本回路の出
力電圧Ｖ ＴＳ の温度特性の変化の最大値を与える抵抗２
即ちＲ１Ｓが「数２」式で与えられる。従って、「数
１」、「数２」式を用いて図２の抵抗２と抵抗４を定め
ることができる。
【０００５】
【数１】Ｒ２ Ｔｍｉｎ＝Ｒ１Ｓ．Ｒ２Ｓ
【０００６】
【数２】
【０００７】もし、図２の回路７において、抵抗５＝
∽、抵抗６＝０とした第１基本回路が１段ではＳ字曲線
の下に凸なる部分よりもさらに下に凸なる出力電圧が得
られない場合は、第１基本回路をカスケード接続し、減
衰した分は増幅回路で増幅する。段数を重ねても極値を
示す温度に変化はない。
∽、抵抗６＝０とした第１基本回路が１段ではＳ字曲線
の下に凸なる部分よりもさらに下に凸なる出力電圧が得
られない場合は、第１基本回路をカスケード接続し、減
衰した分は増幅回路で増幅する。段数を重ねても極値を
示す温度に変化はない。
【０００８】図３の回路８において、抵抗１３のＲ３Ｐ
＝∽、抵抗１４のＲ４Ｐ＝０とした第２基本回路出力電
圧の温度特性ＶＴＰは上に凸なる形状を示す。この上に
凸なる曲線を、第１基本回路に用いたと同じ手法で設計
する。
＝∽、抵抗１４のＲ４Ｐ＝０とした第２基本回路出力電
圧の温度特性ＶＴＰは上に凸なる形状を示す。この上に
凸なる曲線を、第１基本回路に用いたと同じ手法で設計
する。
【０００９】回路７の第１基本回路または第１基本回路
のカスケード接続、増幅回路１５，回路８の第２基本回
路または第２基本回路のカスケード接続、の全回路をカ
スケード接続すれば、増幅回路が絶縁増幅器として働
き、全体の温度特性ＶＴは各々の特性の積となる。増幅
回路は中間にまとめて１個とするか、飽和を考慮して中
間１５と後段１６の２個とする。これを図４に示す。
のカスケード接続、増幅回路１５，回路８の第２基本回
路または第２基本回路のカスケード接続、の全回路をカ
スケード接続すれば、増幅回路が絶縁増幅器として働
き、全体の温度特性ＶＴは各々の特性の積となる。増幅
回路は中間にまとめて１個とするか、飽和を考慮して中
間１５と後段１６の２個とする。これを図４に示す。
【００１０】図２の抵抗５のＲ３Ｓ、抵抗６のＲ４Ｓ、
図３の抵抗１３のＲ３Ｐ、抵抗１４のＲ４Ｐを用いて出
力特性ＶＴを目的曲線にさらに近似させる。まず抵抗５
の値を∞から小さくすることにより、高温域の特性は殆
どそのままで低温域の特性を下げる効果がある。ただ
し、値を小さくしすぎると高温側の電圧も下げることに
なる。これを図５に示す。
図３の抵抗１３のＲ３Ｐ、抵抗１４のＲ４Ｐを用いて出
力特性ＶＴを目的曲線にさらに近似させる。まず抵抗５
の値を∞から小さくすることにより、高温域の特性は殆
どそのままで低温域の特性を下げる効果がある。ただ
し、値を小さくしすぎると高温側の電圧も下げることに
なる。これを図５に示す。
【００１１】図２の抵抗６の値を０から大きくして行く
と、低温域の特性は殆どそのままで高温域の特性を下げ
る効果がある。ただし、値を大きくしすぎると高温側の
ビークを下げることになる。これを図６に示す。
と、低温域の特性は殆どそのままで高温域の特性を下げ
る効果がある。ただし、値を大きくしすぎると高温側の
ビークを下げることになる。これを図６に示す。
【００１２】一方、図３の抵抗１３の値を∞から小さく
することにより、高温域の特性は殆どそのままで低温域
の電圧を上げる効果がある。ただし、値を小さくしすぎ
ると高温側の特性を上昇させることになる。これを図７
に示す。
することにより、高温域の特性は殆どそのままで低温域
の電圧を上げる効果がある。ただし、値を小さくしすぎ
ると高温側の特性を上昇させることになる。これを図７
に示す。
【００１３】図３の抵抗１４の値を０から大きくして行
くと、低温域の特性は殆どそのままで高温域の電圧を上
げる効果がある。ただし、値を大きくしすぎると低温側
の温度特性上昇を招くことになる。これを図８に示す。
くと、低温域の特性は殆どそのままで高温域の電圧を上
げる効果がある。ただし、値を大きくしすぎると低温側
の温度特性上昇を招くことになる。これを図８に示す。
【００１４】本方法により設計した回路の一例を図９に
示す。この例では回路７と回路８はそれぞれ２段と１段
を使用しており、温度特性調整用の抵抗は使用していな
い。また、増幅回路も回路７と回路８の中間に置くだけ
になっている。
示す。この例では回路７と回路８はそれぞれ２段と１段
を使用しており、温度特性調整用の抵抗は使用していな
い。また、増幅回路も回路７と回路８の中間に置くだけ
になっている。
【００１５】 図９回路の出力電圧ＶＴの温度特性のを図
１０に示す。目的曲線ＶＴＯを図中の△印で、設計値を
実線で、実験値を○印でそれぞれ示す。
１０に示す。目的曲線ＶＴＯを図中の△印で、設計値を
実線で、実験値を○印でそれぞれ示す。
【００１６】 回路中の可変容量ダイオードによって周波
数を可変にしている電圧制御水晶発振器に、図９の回路
を組み込んで得られた周波数偏差△ｆ／ｆのグラフを図
１０に示す。図中□印で示す補償電圧発生回路なしの温
度特性と比較すると、×印で示すように補償回路が特性
の改善に顕著な効果を上げていることがわかる。ここ
で、グラフの縦軸の単位は［ｐｐｍ］である。
数を可変にしている電圧制御水晶発振器に、図９の回路
を組み込んで得られた周波数偏差△ｆ／ｆのグラフを図
１０に示す。図中□印で示す補償電圧発生回路なしの温
度特性と比較すると、×印で示すように補償回路が特性
の改善に顕著な効果を上げていることがわかる。ここ
で、グラフの縦軸の単位は［ｐｐｍ］である。
【図１】補償電圧発生回路が出力すべき目的曲線ＶＴＯ
【図２】主として低温部を補償する電圧を発生する回路
の回路７
の回路７
【図３】主として高温部を補償する電圧を発生する回路
の回路８
の回路８
【図４】回路７、回路８、増幅回路を用いた全回路の接
続図
続図
【図５】図２の回路の抵抗５の効果
【図６】図２の回路の抵抗６の効果
【図７】図３の回路の抵抗１３の効果
【図８】図３の回路の抵抗１４の効果
【図９】本方法で設計した回路の一例
【図１０】図９の回路の出力電圧の温度特性
【図１１】図９の回路を用いてＴＣＸＯを構成して周波
数偏差を測定した結果
数偏差を測定した結果
１，３，９，１１，１７，１９，２１，２３，２６，２
８感温素子サーミスタ抵抗［Ω］ ２ 抵抗Ｒ１Ｓ［Ω］ ４ 抵抗Ｒ２Ｓ［Ω］ ５ 抵抗Ｒ３Ｓ［Ω］ ６ 抵抗Ｒ４Ｓ［Ω］ ７ 主として低温側を補償する基本回路 ８ 主として高温側を補償する基本回路 １０ 抵抗Ｒ１Ｐ［Ω］ １２ 抵抗Ｒ２Ｐ［Ω］ １３ 抵抗Ｒ３Ｐ［Ω］ １４ 抵抗Ｒ４Ｐ［Ω］１５ 中間の増幅器 １６ 後段の増幅器 １８，２２ ８．６［ｋΩ］ ２０，２４ １３．７［ｋΩ］ ２５ 増幅度 ２．５５ のＯＰ ＡＭＰ ２７ ５４．１［ｋΩ］ ２９ ３．８［ｋΩ］ Ｔ 温度［゜Ｃ］ Ｅ 電源電圧［Ｖ］ ＶＴＳ補償回路７の出力電圧［Ｖ］ ＶＴＰ補償回路８の出力電圧［Ｖ］ ＶＴ 補償回路全体の出力電圧［Ｖ］
８感温素子サーミスタ抵抗［Ω］ ２ 抵抗Ｒ１Ｓ［Ω］ ４ 抵抗Ｒ２Ｓ［Ω］ ５ 抵抗Ｒ３Ｓ［Ω］ ６ 抵抗Ｒ４Ｓ［Ω］ ７ 主として低温側を補償する基本回路 ８ 主として高温側を補償する基本回路 １０ 抵抗Ｒ１Ｐ［Ω］ １２ 抵抗Ｒ２Ｐ［Ω］ １３ 抵抗Ｒ３Ｐ［Ω］ １４ 抵抗Ｒ４Ｐ［Ω］１５ 中間の増幅器 １６ 後段の増幅器 １８，２２ ８．６［ｋΩ］ ２０，２４ １３．７［ｋΩ］ ２５ 増幅度 ２．５５ のＯＰ ＡＭＰ ２７ ５４．１［ｋΩ］ ２９ ３．８［ｋΩ］ Ｔ 温度［゜Ｃ］ Ｅ 電源電圧［Ｖ］ ＶＴＳ補償回路７の出力電圧［Ｖ］ ＶＴＰ補償回路８の出力電圧［Ｖ］ ＶＴ 補償回路全体の出力電圧［Ｖ］
Claims (2)
- 【請求項１】水晶発振器の３次曲線の周波数温度特性を
補償するための補償電圧を発生する温度補償用電圧発生
回路であって、該温度補償用電圧発生回路は、サーミス
タと抵抗との並列回路を入力端子と出力端子との間に接
続しサーミスタと抵抗との直列回路を該出力端子と入出
力共通端子との間に接続してなる第１基本回路を１段ま
たは複数段カスケード接続した回路と、サーミスタと抵
抗との直列回路を入力端子と出力端子との間に接続しサ
ーミスタと抵抗との並列回路を該出力端子と入出力共通
端子との間に接続してなる第２基本回路を１段または複
数段カスケード接続した回路と、増幅器とからなり、該
第１基本回路または該第１基本回路のカスケード接続回
路と該第２基本回路または該第２基本回路のカスケード
接続回路との中間または中間と終端に該増幅器を挿入し
てこれらをカスケード接続したことを特徴とする水晶発
振器の温度補償用電圧発生回路。 - 【請求項２】請求項１に記載の水晶発振器の温度補償用
電圧発生回路において、該第１基本回路または該第２基
本回路を構成するサーミスタと抵抗との並列回路の該サ
ーミスタに直列に抵抗を挿入し、該第１基本回路または
該第２基本回路を構成するサーミスタと抵抗との直列回
路に並列に抵抗を挿入したことを特徴とする水晶発振器
の温度補償用電圧発生回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10063882A JP3005897B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | 水晶発振器の温度補償用電圧発生回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10063882A JP3005897B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | 水晶発振器の温度補償用電圧発生回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251837A JPH11251837A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3005897B2 true JP3005897B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=13242113
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10063882A Expired - Fee Related JP3005897B2 (ja) | 1998-03-02 | 1998-03-02 | 水晶発振器の温度補償用電圧発生回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3005897B2 (ja) |
-
1998
- 1998-03-02 JP JP10063882A patent/JP3005897B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11251837A (ja) | 1999-09-17 |
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