JP3634228B2

JP3634228B2 - 恒温槽を用いた発振器

Info

Publication number: JP3634228B2
Application number: JP2000057549A
Authority: JP
Inventors: 英雄橋本; 剛史内田
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2005-03-30
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: DE10109736A1; US20010040154A1; JP2001251141A; US6433309B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は恒温槽を用いた発振器を産業上の技術分野とし、特にオペアンプによって恒温槽の熱源を制御した水晶発振器（以下、恒温型発振器とする）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（発明の背景）恒温型発振器は水晶振動子を一定の温度に維持して発振回路を動作するので、周囲温度の変化に対して発振周波数を安定にすることから、例えば基地局用の比較的高級な通信機器に使用される。
【０００３】
（従来技術の一例）第４図は一従来例を説明する恒温型発振器の、特に熱源制御回路の図である。
恒温型発振器は水晶発振回路（未図示）恒温槽１及びその熱源制御回路２からなる。水晶発振回路は水晶振動子３をインダクタ成分として分割コンデンサと共振回路を形成し、増幅器によって出力の一部を帰還増幅して発振させる例えばコルピッツ型とする。水晶振動子３は例えばＡＴカットとした水晶片をリード線４の導出した金属容器５に密閉封入してなる（第５図）。そして、常温２５℃近傍に変曲点を、＋７０℃近傍に極小値を有する三次曲線の周波数温度特性を持つ（第６図）。
【０００４】
恒温槽１は例えば水晶振動子３の金属容器５に熱源としてのヒータ線６を巻回してなる。熱源制御回路２は温度感応素子によって周囲温度を検出し、ヒータ線６に供給する電流を制御して水晶振動子３を一定の温度に維持する。一般に、恒温槽１（水晶振動子）の槽内温度は、周波数温度特性の高温側となる極小値の温度に設定される。具体的には、熱源制御回路２は反転型とした差動増幅器からなる±の入力端子を有したオペアンプ７を使用する。
【０００５】
すなわち、オペアンプ７の例えば＋入力端子には分割バイアス抵抗Ｒ1、Ｒ2によって分圧された電源Ｖccからの基準電圧を入力する。−入力端子には分割バイアス抵抗Ｒ3、Ｒ4によって分圧された比較電圧を入力する。電源側の分割バイアス抵抗Ｒ3は温度感応素子としてサーミスタＲT1とする。サーミスタＲT1は温度上昇とともに、抵抗値が小さくなる（第７図）。そして、オペアンプの増幅率Ａを決定する帰還分割抵抗Ｒａ、Ｒｂを−入力端子及び−入力端子と出力端子間に接続する。便宜上、帰還分割抵抗Ｒｂを帰還内抵抗とする。なお、増幅率ＡはＲｂ/Ｒａとなる。そして、オペアンプ７の出力には抵抗Ｒ5を経てエミッタ接地としたトランジスタ８のベースを、コレクタと電源Ｖccとの間には恒温槽１のヒータ線６を接続する。
【０００６】
このようなものでは、例えば常温２５℃におけるサーミスタＲT1の抵抗値を分割バイアス抵抗Ｒ4より大きく設定する。そして、−入力端子の比較電圧と＋入力端子の基準電圧との差電圧を大きくする。これにより、電源投入時には、大きな差電圧がオペアンプ７の増幅率Ａに従って増幅され、トランジスタ８のベースに入力する。したがって、差電圧に応じてコレクタ側の電流は大きくなり、これに応じて加熱されるヒータ線６の発熱量も大きい。このことから、電源投入時には恒温槽１（水晶振動子３）の槽内温度は急速に上昇する。
【０００７】
そして、槽内温度の上昇とともにサーミスタＲT1の抵抗値は低下するので、オペアンプ７における−入力端子の比較電圧も小さくなって、＋入力端子の基準電圧に接近しながら、槽内温度は極小値の温度７０℃に到達する（未図示）。したがって、発振周波数は、周波数温度特性に基づき、常温時から極小値の周波数に変化して安定する。一般には、電源投入後に発振周波数を早く安定にするため、オペアンプ７の増幅率Ａを例えば50〜100程度に大きくして槽内温度を急上昇させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
（従来技術の問題点）しかしながら、近年では通信装置の小型化に伴い、水晶振動子も小さいものが適用される。したがって、恒温槽１としての水晶振動子の熱容量も小さくなり、供給電力に対する応答性が早い。このため、電源投入後に極小値の設定温度に接近すると、槽内温度が上昇・下降する所謂リンギングを生じる（第８図）。このため、発振周波数が安定になるまで時間が掛かり、立上がりの悪い問題があった。また、極端にはリンギングが継続して不良となる問題もあった。更には、立上がり以降においても、例えば周囲温度の変化によって供給電力が増減した場合でも、槽内温度が過敏に反応して、発振周波数が急激に変化する問題があった。
【０００９】
これらのことから、オペアンプ７の増幅率を小さくして供給電力を少なくし、リンギングを防止することが考えられたが、この場合には槽内温度に到達するまでに時間が掛かり、現実には適用できない問題があった。
【００１０】
（発明の目的）本発明は、槽内温度が設定温度に早期に到達してリンギングを防止し、立上がりを良好にする恒温型発振器を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、±の入力端子及び帰還抵抗を有するオペアンプを有し、前記±の入力端子のいずれか一方に基準電圧を印加するとともに前記±の入力端子の他方にサーミスタと抵抗とによる分圧された比較電圧を印加し、時間の経過にしたがって槽内温度が上昇するとともに前記基準電圧と前記比較電圧との差電圧が小さくなることによって、前記差電圧に応じて加熱される恒温槽の熱源を制御した発振器において、前記オペアンプの帰還抵抗に前記槽内温度の上昇とともに抵抗値の小さくなるサーミスタを接続し、電源投入時には前記オペアンプの増幅率を大きくし、前記時間の経過にしたがって槽内温度が上昇するとともに前記差電圧が小さくなると同時に、前記増幅率を小さくした構成とする。
【００１２】
本発明では、帰還抵抗にサーミスタＲT2を接続したので、常温ではサーミスタＲT2の抵抗値が大きくなってオペアンプ７の増幅率が大きく、高温側の設定温度近傍ではサーミスタＲT2の抵抗値が小さくなって増幅率は小さくなる。したがって、常温では熱源への供給電力も多くて槽内温度を早期に高める。そして、高温側の設定温度に接近するに従って増幅率は小さくなるので、熱源への供給電力も少なくなる。したがって、槽内温度は緩やかに設定温度に到達する。そして、設定温度に到達した立上がり以降においても、周囲温度の変化に対して過敏な反応を防止して、槽内温度を一定に維持する。以下、本発明の一実施例を説明する。
【００１３】
【実施例】
第１図は本発明の一実施例を説明する恒温型発振器の図である。なお、前従来例図と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
恒温型発振器は、前述したようにコルピッツ型とした水晶発振回路と、水晶振動子３の金属容器５にヒータ線６を巻回した恒温槽１、及び分割バイアス抵抗Ｒ（1、2、3、4）、但し、Ｒ3はサーミスタＲT1、帰還分割抵抗Ｒ（ａ、ｂ）を有するオペアンプ７を具備した熱源制御回路２からなる。そして、この実施例では、前述したオペアンプ７の帰還内抵抗ＲｂにサーミスタＲT2を接続してなる。帰還内抵抗Ｒｂは従来例よりも小さく、サーミスタＲT2の常温での抵抗値は大きくする。例えば帰還内抵抗ＲｂとサーミスタＲT2の常温での抵抗値との合成値は、従来例の帰還内抵抗Ｒｂの抵抗値と同じにする。
【００１４】
このようなものでは、帰還内抵抗ＲｂにサーミスタＲT2を接続するので、合成帰還内抵抗（Ｒｂ＋ＲT2）は常温での抵抗値を大きくし、温度上昇に伴って小さくなる。したがって、オペアンプ７の増幅率は常温では大きく、温度上昇に伴って小さくなる。そして、周波数温度特性の極小値近傍とした恒温槽１（水晶振動子）の設定温度約７０℃では、サーミスタＲT2の抵抗値が小さくなるので、概ね帰還内抵抗Ｒｂの抵抗値になる。
【００１５】
このことから、常温における電源投入時には、基準電圧と比較電圧との差電圧が大きな増幅率Ａに従って増幅されるので、トランジスタのコレクタ側に設けたヒータの発熱量も大きくなる。したがって、電源投入時には前述同様に槽内温度は急速に上昇する。そして、時間の経過にしたがって槽内温度の上昇とともに差電圧が小さくなると同時に、オペアンプ７の増幅率は小さくなる。したがって、設定温度に接近するに従い、ヒータの発熱量も小さくなる。
【００１６】
このようなことから、槽内温度は電源投入時に設定温度に急接近して、その後緩やかに設定温度に接近して到達する。そして、リンギングの幅も小さくして槽内温度を安定に維持する。したがって、発振周波数は槽内温度に追従して、早く立上がるとともに安定になる。また、立上がり後の動作中において、周囲温度に変化があっても緩やかに追従するので、発振周波数を安定にする。
【００１７】
【他の事項】
上記実施例ではオペアンプは反転型の差動増幅器としたが、例えば第３図に示したように非反転型としてもよい。すなわち、この場合にはオペアンプの−端子に分割抵抗Ｒ（１、２）からの電圧を、＋端子に分割抵抗Ｒ3とサーミスタＲT1とからの電圧を供給すればよい。この場合にも、電源投入時には増幅率は大きく、槽内温度の上昇とともに増幅率は小さくなるので、リンギングの幅も小さくして槽内温度を安定に維持する。但し、反転型での増幅率は１＋（Ｒｂ＋ＲT2）／Ｒａである。
【００１８】
また、水晶振動子３の金属容器５に熱源６を設けて恒温槽１としたが、水晶振動子３を熱源の設けられた金属筒内に挿入されていてもよく、要は水晶片が一定温度に維持される構成であればよい。さらに、恒温槽１は水晶振動子のみならず発振器全体あるいは一部を収容してもよく、これらは任意に選定できる。そして、水晶発振器を例として説明したが、例えばＬＣ発振器等の場合であっても適用できる。また、熱源はヒータ線としたが、セラミックヒータ等であってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
本発明は、オペアンプの帰還抵抗に槽内温度の上昇とともに抵抗値の小さくなるサーミスタを接続し、電源投入時には前記オペアンプの増幅率を大きくし、時間の経過にしたがって槽内温度が上昇するとともに差電圧が小さくなると同時に、増幅率を小さくした構成とするので、槽内温度が設定温度に早期に到達してリンギングを防止し、立上がりを良好にして発振周波数が安定な恒温型発振器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を説明する恒温型発振器の特に熱源制御回路図である。
【図２】本発明の一実施例の作用を説明する図である。
【図３】本発明の他の実施例を説明する特に熱源制御回路図である。
【図４】従来例を説明する特に熱源制御回路の図である。
【図５】従来例を説明する金属容器を恒温槽とした水晶振動子の正面図である。
【図６】従来例を説明する水晶振動子の周波数温度特性図である。
【図７】従来例を説明するサーミスタの温度に対する抵抗特性図である。
【図８】従来例を説明するサーミスタの温度に対する抵抗特性図である。
【符号の説明】
１恒温槽、２熱源制御回路、３水晶振動子、４リード線、５金属容器、６ヒータ線、７オペアンプ、８トランジスタ．

Claims

±の入力端子及び帰還抵抗を有するオペアンプを有し、前記±の入力端子のいずれか一方に基準電圧を印加するとともに前記±の入力端子の他方にサーミスタと抵抗とによる分圧された比較電圧を印加し、時間の経過にしたがって槽内温度が上昇するとともに前記基準電圧と前記比較電圧との差電圧が小さくなることによって、前記差電圧に応じて加熱される恒温槽の熱源を制御した発振器において、前記オペアンプの帰還抵抗に前記槽内温度の上昇とともに抵抗値の小さくなるサーミスタを接続し、電源投入時には前記オペアンプの増幅率を大きくし、前記時間の経過にしたがって槽内温度が上昇するとともに前記差電圧が小さくなると同時に、前記増幅率を小さくしたことを特徴とする恒温槽を用いた発振器。