JP3239776B2 - 温度補償型圧電発振器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度補償型圧電発
振器に関し、詳しくは携帯型のセルラー無線機の端末等
に用いられる温度補償型圧電発振器に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の温度補償型圧電発振器として、図
３に示すものがある。図３に示す温度補償型圧電発振器
１０は、入力端子inと、入力端子inに入力される電源電
圧Ｖccが直接入力される安定化回路１と、安定化回路１
から出力される出力電圧Ｖ１が入力される温度補償回路
２と、温度補償回路２から出力される出力電圧Ｖ２と、
安定化回路１から出力される出力電圧Ｖ１が入力される
電圧制御発振回路１３と、電圧制御発振回路１３と接続
されている出力端子out とから構成されている。

【０００３】次に、温度補償型圧電発振器１０を構成す
る各回路の構成および動作を、図３を用いて説明する。

【０００４】安定化回路１は、コンデンサＣ７，Ｃ８お
よび３端子レギュレータ１４から構成されており、入力
端子inに入力された電源電圧Ｖccを安定化し、出力電圧
Ｖ１を出力する。

【０００５】温度補償回路２は、図示はしないが、抵抗
とＮＴＣサーミスタとによるネットワークにより構成さ
れており、安定化回路１の出力電圧Ｖ１を周囲温度に応
じて変換し、出力電圧Ｖ２を出力する。

【０００６】電圧制御発振回路１３は、可変容量ダイオ
ードＶＤと、周波数微調用可変コンデンサＣ１０と、圧
電振動子としての水晶振動子Ｘと、直流カットコンデン
サＣ１１と、高周波信号分割用コンデンサＣ１２，Ｃ１
３と、トランジスタＱと、トランジスタＱのバイアス抵
抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４とからなり、コルピッツ型発
振回路を構成する。そして、電圧制御発振回路１３は、
安定化回路１の出力電圧Ｖ１がトランジスタＱのコレク
タの電源電圧として入力されると共に、コレクタがコン
デンサＣ９を介して接地されている。また、電圧制御発
振回路１３には、温度補償回路２から出力される出力電
圧Ｖ２が入力されるもので、電圧Ｖ２に応じて可変容量
ダイオードＶＤの静電容量が変化し、静電容量の変化に
より水晶振動子Ｘを含む共振回路の共振周波数が変化す
るもので、それにより、電圧制御発振回路１３の発振周
波数を変化させて、トランジスタＱのエミッタからコン
デンサＣ１３を介して出力端子out に出力電圧Ｖ１３と
して出力するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の温度補償型
圧電発振器１０では、入力端子inに入力された電源電圧
Ｖccを安定化回路１により安定化させた後、各回路に出
力している。ここで、電源電圧Ｖccが増加すると、以下
に述べる２つの理由で電圧制御発振回路１３から出力さ
れる発振周波数が増加する。

【０００８】一つは、電圧制御発振回路１３のコレクタ
接地のコルピッツ型発振回路において、電源電圧Ｖccの
増加に伴いコレクタ電圧が増加するため、トランジスタ
Ｑのベース／エミッタ間の静電容量は減少し、よって水
晶振動子Ｘを含む共振周波数が増加し、電圧制御発振回
路１３から出力される発振周波数が増加する。

【０００９】もう一つは、温度補償回路２はＮＴＣサー
ミスタと抵抗との直並列回路で構成され、抵抗分割によ
り電圧を出力している。そのため、温度補償回路２の出
力電圧Ｖ２は、温度補償回路２に入力される電圧、つま
り、安定化回路１の出力電圧Ｖ１に比例し、電源電圧Ｖ
ccが増加することにより出力電圧Ｖ１も増加し、温度補
償回路２の出力電圧Ｖ２は増加する。一方、電圧制御発
振回路１３は、出力電圧Ｖ２が上昇すると、可変容量ダ
イオードＶＤに印加される電圧は上昇し静電容量が減少
して、電圧制御発振回路１３の発振周波数が増加する。
なお、電源電圧Ｖccが減少した場合は、上記理由により
発振周波数は低下する。

【００１０】この電源電圧Ｖccの変化による発振周波数
の変動は、発振器の性能を評価する指標で周波数負荷変
動特性（プッシュエフェクト）と呼ばれており、上記の
通り、従来の温度補償型圧電発振器はプッシュエフェク
トが大きく、この温度補償型圧電発振器を移動体通信機
器に用いる場合に、狭いチャンネル間隔で安定した周波
数が得られなくなり、安定した通信がおこなわれないお
それがあった。

【００１１】したがって、本発明の目的は、電源電圧の
変動に伴う出力周波数の変動が小さい温度補償型圧電発
振器を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、感温素子と抵抗体とからなる温度補償回
路と、圧電振動子と可変容量ダイオードとトランジスタ
とからなる電圧制御発振回路と、入力された電圧を一定
電圧に変換する安定化回路とからなる温度補償型圧電発
振器であって、電源電圧は安定化回路の入力端および温
度補償回路の入力端に入力され、温度補償回路の出力端
は可変容量ダイオードの一端と接続され、安定化回路の
出力端は可変容量ダイオードの他端およびトランジスタ
のコレクタと接続されてなることを特徴としている。

【００１３】また、感温素子と抵抗体とからなる温度補
償回路と、圧電振動子と可変容量ダイオードとトランジ
スタとからなる電圧制御発振回路と、入力された電圧を
一定電圧に変換する安定化回路とからなる温度補償型圧
電発振器であって、電源電圧は、安定化回路の入力端、
トランジスタのコレクタ、および、温度補償回路の入力
端に入力され、温度補償回路の出力端は可変容量ダイオ
ードの一端と接続され、安定化回路の出力端は可変容量
ダイオードの他端と接続されてなることを特徴としてい
る。

【００１４】これにより、電源電圧が増加すると、可変
容量ダイオードの両端電圧は低下し静電容量が増加して
電圧制御発振回路の発振周波数は低下する。一方、電圧
制御発振回路が電源電圧の変動による発振周波数依存性
が大きいものでは、電圧制御発振回路に電源電圧が安定
化回路を経由して印加されており、電源電圧の変動は安
定化回路から微少な変動として出力され、この微少な変
動により電圧制御発振回路の発振周波数が変化し、電源
電圧が増加すると発振周波数は増加する。ここで、発振
周波数の減少する作用と増加する作用が打ち消しあい、
電源電圧の変動があっても、発振周波数の変動が小さい
温度補償型圧電発振器となる。

【００１５】また、電源電圧が増加すると、可変容量ダ
イオードの両端電圧は低下し静電容量が増加して電圧制
御発振回路の発振周波数は低下する。一方、電圧制御発
振回路が電源電圧の変動による発振周波数依存性が小さ
いものでは、電圧制御発振回路に電源電圧が直接印加さ
れており、電源電圧の変動により電圧制御発振回路の発
振周波数が変化し、電源電圧が増加すると発振周波数は
増加する。ここで、発振周波数の減少する作用と増加す
る作用が打ち消しあい、電源電圧の変動があっても、発
振周波数の変動が小さい温度補償型圧電発振器となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。なお、従来と同一構成の箇
所については同一番号を付し、その説明を省略する。図
１に、本発明の第１の実施の形態である温度補償型圧電
発振器２０の回路図を示す。温度補償型圧電発振器２０
は、入力端子inと、入力端子inに入力される電源電圧Ｖ
ccが直接入力される安定化回路１および温度補償回路２
と、安定化回路１の出力電圧Ｖ１および温度補償回路２
の出力電圧Ｖ２が入力される電圧制御発振回路３と、電
圧制御発振回路３と接続されている出力端子out とから
構成されている。

【００１７】次に、温度補償型圧電発振器２０を構成す
る各回路の構成および動作を、図１を用いて説明する。
安定化回路１は、図示はしないが、コンデンサおよびレ
ギュレータから構成されており、入力端子inに入力され
た電源電圧Ｖccを安定化し、出力電圧Ｖ１を出力する。

【００１８】温度補償回路２は、図示はしないが、抵抗
とＮＴＣサーミスタとによるネットワークにより構成さ
れており、安定化回路１の出力電圧Ｖ１を周囲温度に応
じて変換し、出力電圧Ｖ２を出力する。

【００１９】電圧制御発振回路３は、高周波遮断用コイ
ルＬ１，Ｌ２と、可変容量ダイオードＶＤと、圧電振動
子として水晶振動子Ｘと、交流バイパス用コンデンサＣ
１と、直流カットコンデンサＣ２と、高周波信号分割用
コンデンサＣ３，Ｃ４と、トランジスタＱと、トランジ
スタＱのバイアス抵抗Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７，Ｒ８とからな
り、コンデンサＣ６を介して出力電圧Ｖ３を出力するコ
ルピッツ型発振回路を構成する。

【００２０】安定化回路１の出力電圧Ｖ１は抵抗Ｒ８を
介してトランジスタＱのコレクタの電源電圧として入力
されると共に、コレクタはコンデンサＣ５を介して接地
されている。また、安定化回路１の出力電圧Ｖ１は高周
波遮断用コイルＬ１を介して可変容量ダイオードＶＤの
カソード側に入力される。一方、温度補償回路２から出
力される出力電圧Ｖ２は高周波遮断用コイルＬ２を介し
て可変容量ダイオードＶＤのアノード側に入力される。
ここで、可変容量ダイオードＶＤの両端電圧はＶ１−Ｖ
２の絶対値で表される。

【００２１】安定化回路１の出力電圧Ｖ１は電源電圧Ｖ
ccの変動に関わらずほぼ一定であり、温度補償回路２の
出力電圧Ｖ２は電源電圧Ｖccの変動に対応して変動す
る。そして、出力電圧Ｖ２は、電源電圧Ｖccが温度補償
回路２内の抵抗とＮＴＣサーミスタで分割された電圧で
あるため、一般に出力電圧Ｖ１より小さい。ここで、電
源電圧Ｖccが変動；例えば増加すると、出力電圧Ｖ２も
増加する。したがって、可変容量ダイオードＶＤの両端
電圧；Ｖ１−Ｖ２の絶対値は低下し、可変容量ダイオー
ドＶＤの静電容量が増加するため、電圧制御発振回路３
の発振周波数は低下する。

【００２２】一方、電圧制御発振回路３は、安定化回路
１の出力電圧Ｖ１を電源電圧としている。そして、電源
電圧Ｖccが変動（増加）すると、出力電圧Ｖ１はほぼ一
定ではあるが実際は極微少に増加しており、電圧制御発
振回路３が電源電圧Ｖccの変動による発振周波数依存性
が大きい場合で有れば、この出力電圧Ｖ１の微少な増加
によっても、電圧制御発振回路３の発振周波数が増加す
る。

【００２３】このように、電源電圧Ｖccの変動（増加）
により、一方では電圧制御発振回路３の発振周波数が低
下する作用が発生し、他方では電圧制御発振回路３の発
振周波数が上昇する作用が発生する。つまり、発振周波
数の上昇と低下が同時に発生しているため、温度補償回
路２や電圧制御発振回路３の回路定数を適当に選択決定
することにより、電源電圧Ｖccの変動（増加）による発
振周波数の変動を打ち消すことができ、電源電圧の変動
による発振周波数の変動が生じない温度補償型圧電発振
器２０が得られる。

【００２４】なお、電圧制御発振回路３に用いられてい
るトランジスタＱにＰＮＰトランジスタを用いた場合、
電圧制御発振回路３の電源は負の値となるが、その場合
も、温度補償型圧電発振器２０全体の符号が変わるだけ
であり、可変容量ダイオードＶＤに印加される両端電圧
の考え方は同じであり、上記のように、発振周波数の変
動を打ち消すことができる。

【００２５】また、上記実施の形態では、電圧制御発振
回路３は、電源電圧Ｖccの変動による発振周波数依存性
が大きい場合を示している。ここで、電圧制御発振回路
３が電源電圧Ｖccの変動による発振周波数依存性が小さ
い場合には、安定化回路１の出力電圧の微少な変動に対
して発振周波数の変動が起こらない。そこで、図２に示
す温度補償型圧電発振器２０ａに示すような回路構成と
してもよい。つまり、電源電圧Ｖccを、安定化回路１を
介さずに、直接、電圧制御発振回路３のトランジスタＱ
のコレクタ電圧として抵抗Ｒ８を介して入力するような
回路としてよい。なお、他の回路構成および動作につい
ては第１の実施の形態で示した温度補償型圧電発振器２
０と同一であるため、同一の符号を付しその説明を省略
する。

【００２６】このように、直接電源電圧Ｖccをトランジ
スタＱのコレクタ電圧として入力する回路構成とするこ
とにより、電源電圧Ｖccの変動に応じて電圧制御発振回
路の発振周波数も変動する。つまり、電源電圧Ｖccの変
動；例えば増加により、一方では電圧制御発振回路３の
発振周波数が低下する作用が発生し、他方では電圧制御
発振回路３の発振周波数が上昇する作用が発生するた
め、温度補償回路２や電圧制御発振回路３の回路定数を
適当に選択決定することにより、電源電圧Ｖccの変動
（増加）による発振周波数の変動を打ち消すことができ
る温度補償型圧電発振器を得ることができる。

【００２７】なお、図１，図２に示した温度補償型圧電
発振器２０，２０ａにおいて、水晶振動子Ｘは可変容量
ダイオードＶＤのカソード側に直流カット用コンデンサ
Ｃ２を介して接続されているが、特に図示はしないが、
可変容量ダイオードＶＤのアノード側に水晶振動子Ｘが
接続されてもよい。この場合、可変容量ダイオードＶＤ
のカソード側は高周波信号分割用コンデンサで高周波的
に接地される。

【００２８】また、高周波遮断用コイルＬ１，Ｌ２の代
用として高抵抗値（数ｋΩ〜数ＭΩ）を有する抵抗体を
用いてもよい。

【００２９】また、本発明の実施の形態において、圧電
振動子として水晶振動子を挙げているが、通常の圧電共
振子を用いてもよい。すなわち、直線状の周波数温度勾
配を有するＧＴカット水晶振動子や、周波数温度特性が
温度の３次関数で表されるＡＴカット水晶振動子のみな
らず、周波数温度特性が放物線で表される弾性表面波振
動子を用いて、温度補償型圧電発振器を構成してもよ
い。

【００３０】また、本発明の実施の形態において、電圧
制御発振回路の例としてコルピッツ型を示したが、ピア
ース型やハートレー型などの発振回路にも本発明は適用
可能である。

【００３１】なお、本発明に係る温度補償型圧電発振器
は前記実施の形態に限定するものでなく、その要旨の範
囲内で種々に変形することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように、本発明による温度補償型
圧電発振器では、電源電圧が増加すると、可変容量ダイ
オードの両端電圧は低下し静電容量が増加して電圧制御
発振回路の発振周波数は低下する。一方、電圧制御発振
回路が電源電圧の変動による発振周波数依存性が大きい
ものでは、電圧制御発振回路に電源電圧が安定化回路を
経由して印加されており、電源電圧の変動は安定化回路
から微少な変動として出力され、この微少な変動により
電圧制御発振回路の発振周波数が変化し、電源電圧が増
加すると発振周波数は増加する。ここで、発振周波数の
減少する作用と増加する作用が打ち消しあい、電源電圧
の変動があっても、発振周波数の変動が小さい温度補償
型圧電発振器となり、このような温度補償型圧電発振器
を移動体通信機器に用いることにより安定した通信を行
うことができる。

【００３３】また、電圧制御発振回路が電源電圧の変動
による発振周波数依存性が小さいものでは、電圧制御発
振回路に電源電圧が直接印加されており、電源電圧の変
動により電圧制御発振回路の発振周波数が変化し、電源
電圧が増加すると発振周波数は増加する。ここで、発振
周波数の減少する作用と増加する作用が打ち消しあい、
電源電圧の変動があっても、発振周波数の変動が小さい
温度補償型圧電発振器となり、このような温度補償型圧
電発振器を移動体通信機器に用いることにより安定した
通信を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る温度補償型圧
電発振器の回路図を示す。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る温度補償型圧
電発振器の回路構成の他の例を示す回路図である。

【図３】従来の温度補償型圧電発振器の回路図である。

【符号の説明】

１ 安定化回路 ２ 温度補償回路 ３ 電圧制御発振回路 ２０，２０ａ 温度補償型圧電発振器 Ｘ 圧電振動子 ＶＤ 可変容量ダイオード

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 感温素子と抵抗体とからなる温度補償回
   路と、圧電振動子と可変容量ダイオードと抵抗体とトラ
   ンジスタとからなる電圧制御発振回路と、入力された電
   圧を一定電圧に変換する安定化回路と、からなる温度補
   償型圧電発振器であって、電源電圧は、前記安定化回路
   の入力端および前記温度補償回路の入力端に入力され、
   前記温度補償回路の出力端は前記可変容量ダイオードの
   一端と接続され、前記安定化回路の出力端は前記可変容
   量ダイオードの他端および前記トランジスタのコレクタ
   と接続されてなることを特徴とする温度補償型圧電発振
   器。
2. 【請求項２】 感温素子と抵抗体とからなる温度補償回
   路と、圧電振動子と可変容量ダイオードと抵抗体とトラ
   ンジスタとからなる電圧制御発振回路と、入力された電
   圧を一定電圧に変換する安定化回路と、からなる温度補
   償型圧電発振器であって、電源電圧は、前記安定化回路
   の入力端、前記トランジスタのコレクタ、および、前記
   温度補償回路の入力端に入力され、前記温度補償回路の
   出力端は前記可変容量ダイオードの一端と接続され、前
   記安定化回路の出力端は前記可変容量ダイオードの他端
   と接続されてなることを特徴とする温度補償型圧電発振
   器。