JP4499457B2 - 水晶発振器 - Google Patents
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Description
本発明は水晶共振子を挿入して位相雑音を小さくした水晶発振器を技術分野とし、特に起動特性を良好とした水晶発振器に関する。
（発明の背景）水晶発振器は周波数安定度等に優れることから高性能の無線機器に適用される。このようなものの一つに、位相雑音を小さくした本出願人による水晶発振器がある（特許文献１）。
（従来技術の一例）第３図は一従来例を説明する水晶発振器の回路図である。
水晶発振器は基本的に共振回路１と発振用増幅器２とから構成される。共振回路１はインダクタ成分としての水晶振動子３と分割コンデンサ４（ａｂ）からなる。発振用増幅器２はトランジスタ（発振用トランジスタ）からなり、分割コンデンサ４（ａｂ）と水晶振動子３の接続点にベースを、分割コンデンサ４（ａｂ）の接続点にエミッタを、電源Ｖccにコレクタを接続する。そして、共振回路１に依存した発振周波数を帰還増幅する。
そして、分割コンデンサ４（ａｂ）の接続点とエミッタとの間に負荷抵抗Ｒ1を経て出力線５を設けてなる。さらに、ここでは、出力線５に水晶共振子６を挿入してなる。図中の符号Ｒ1、Ｒ2はバイアス抵抗、Ｒ3は負荷抵抗、Ｖoutは出力端である。
このようなものでは、水晶共振子６の共振周波数を水晶発振器の発振周波数に概ね一致させる。これにより、発振周波数ｆの基本波成分のみが水晶共振子６を通過して狭帯域となり、位相雑音を小さくできる。
そして、通常では、水晶振動子３を恒温槽に収容し、温度を一定にした状態で動作させる。これにより、第４図の曲線イ（実線）で示す、水晶振動子３の周波数温度特性による周波数変化を防止する。横軸は温度、縦軸は周波数偏差Δｆ／ｆ（ppm）である。但し、ｆは発振周波数、Δｆは発振周波数ｆからのズレ分である。また、恒温槽の槽内温度は70℃前後の極小値に設定される。
日本国特許第３２６８７２６号（圧電発振器、内田、橋本）
（従来技術の問題点）上記構成の水晶発振器では水晶振動子３に70℃とする恒温槽を使用するので、例えば水晶共振子６は水晶振動子３による70℃での発振周波数に設定される。しかし、水晶共振子６は水晶振動子３と同様に三次曲線となる周波数温度特性を有するので、周囲温度によって共振周波数が変化する。これに対し、水晶振動子３は恒温槽によって振動周波数は一定に維持される。したがって、周囲温度の変化によって、水晶振動子３による発振周波数ｆ1と水晶共振子６の共振周波数ｆ2との周波数差Δｆが大きくなる。これにより、発振周波数ｆ1の基本波成分が水晶共振子６を通過せず、発振しない問題があった。
このことから、水晶共振子も恒温槽に収容して水晶振動子による発振周波数ｆ1と同一の共振周波数とすることが考えられたが、この場合には消費電力が増大するとともに小型化を阻害する問題があった。また、恒温槽を用いた場合は、電源投入から槽内温度が70℃になるまで時間が掛かり、起動特性の悪い問題があった。
（発明の目的）本発明は恒温槽を使用することなく位相雑音を小さくして小型化及び小電力化を促進し（初期目的）、しかも起動特性及び発振を確実にした水晶発振器を提供することを目的とする。
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、水晶振動子に分割コンデンサを接続してなる共振回路と、前記水晶振動子と分割コンデンサの接続点にベースを、前記分割コンデンサの接続点にエミッタを接続した発振用トランジスタと、前記分割コンデンサと前記エミッタの接続点に接続してアース接地された負荷抵抗とを備え、前記分割コンデンサの接続点と、前記エミッタと前記負荷抵抗の接続点との間に水晶共振子を接続してなる水晶発振器において、前記水晶振動子と前記水晶共振子とのいずれにも温度補償機構が設けられるとともに、前記温度補償機構は前記共振回路内となる水晶振動子とアース間との間にあって前記水晶振動子側をカソードとした第１電圧可変容量素子と、前記水晶共振子と分割コンデンサの接続点との間にあってカソードを前記分割コンデンサの接続点に接続した第２電圧可変容量素子と、前記第１及び第２電圧可変容量素子のカソードに共通とした補償電圧を印加する補償電圧発生回路とからなる構成とする。
本発明では恒温槽を使用することなく、温度補償機構によって水晶振動子及び水晶共振子のいずれも温度補償する。したがって、発振周波数と共振周波数とを温度によらず所定の範囲内に近接できる。したがって、起動時においても、発振周波数は水晶共振子を通過して発振を阻害しない。これにより、起動特性及び発振を確実にして、初期目的を達成した水晶発振器を提供できる。
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第１図は本発明の一実施例を説明する水晶発振器の回路図である。なお、前従来例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。
水晶発振器は、前述したように水晶振動子３及び分割コンデンサ４（ａｂ）からなる共振回路１と、発振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタ２と、出力線５に挿入した水晶共振子６とを備える。そして、第１実施例では、水晶振動子３と水晶共振子６とを間接型の温度補償機構によって温度補償する。
間接型の温度補償機構は補償電圧発生回路（ＴＣＮ）７と第１及び第２の電圧可変容量素子８（ａｂ）とからなる。補償電圧発生回路７は図示しないサーミスタと抵抗の回路網からなり、電源Ｖccとアース間に接続する。そして、周囲温度に応答した補償電圧を発生する。
第１電圧可変容量素子８ａは共振回路１内の水晶振動子３とアース間に接続する。第２電圧可変容量素子８ｂは分割コンデンサ４（ａｂ）の接続点と水晶共振子６との間に接続する。そして、補償電圧発生回路７からの補償電圧Ｖcを印加される。図中の符号Ｒ4、Ｒ5は高周波阻止抵抗、Ｒ6はバイアス抵抗である。
このようなものでは、周囲温度に応答した補償電圧Ｖcが第１及び第２電圧可変容量素子８（ａｂ）に印加される。したがって、周知のように、第１電圧可変容量素子８ａの接続した共振回路１の共振周波数が、厳格には水晶振動子から見た負荷容量が温度に依存して変化する。また、同様に、第２電圧可変容量素子８ｂの接続した水晶共振子６の共振周波数も変化する。
これにより、前第４図の曲線ロ（点線）で示すように、周波数温度特性とは逆の周波数特性となる補償電圧Ｖcによって、水晶振動子３及び水晶共振子６の周波数温度特性を温度補償して平坦にできる。
これらのことから、恒温槽を使用することなく、温度補償機構によって水晶振動子３及び水晶共振子６を温度補償するので、位相雑音を小さくして小型化及び小電力化を促進する。そして、水晶振動子３による発振周波数と水晶共振子６の共振周波数とが規格温度内で略一致するので、起動特性を良好にして発振を確実にする。
（他の事項、参考）上記実施例では温度補償機構は間接型としたが、サーミスタとコンデンサからなる所謂直接型であってもよい。この場合、例えば第２図に示したように、水晶振動子３及び水晶共振子６にサーミスタとコンデンサの並列回路からなる高温及び低温補償回路を接続すればよい。
１ 共振回路、２ 発振用トランジスタ、３ 水晶振動子、４（ａｂ） 分割コンデンサ、５ 出力線、６ 水晶共振子、７ 補償電圧発生回路（ＴＣＮ）、８ 電圧可変容量素子。
Claims (1)
- 水晶振動子に分割コンデンサを接続してなる共振回路と、
前記水晶振動子と分割コンデンサの接続点にベースを、前記分割コンデンサの接続点にエミッタを接続した発振用トランジスタと、
前記分割コンデンサと前記エミッタの接続点に接続してアース接地された負荷抵抗とを備え、
前記分割コンデンサの接続点と、前記エミッタと前記負荷抵抗の接続点との間に水晶共振子を接続してなる水晶発振器において、
前記水晶振動子と前記水晶共振子とのいずれにも温度補償機構が設けられるとともに、
前記温度補償機構は前記共振回路内となる水晶振動子とアース間との間にあって前記水晶振動子側をカソードとした第１電圧可変容量素子と、
前記水晶共振子と分割コンデンサの接続点との間にあってカソードを前記分割コンデンサの接続点に接続した第２電圧可変容量素子と、
前記第１及び第２電圧可変容量素子のカソードに共通とした補償電圧を印加する補償電圧発生回路とからなることを特徴とする水晶発振器。
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