JP5218372B2 - Piezoelectric oscillator and frequency control method of piezoelectric oscillator - Google Patents

Piezoelectric oscillator and frequency control method of piezoelectric oscillator Download PDF

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本発明は、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とを備えた圧電発振器に関するものである。   The present invention relates to a piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator, and a heater unit and a temperature control unit for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature.

従来の圧電発振器の一例として、圧電発振器の一部を構成する圧電振動子の温度を一定に保つように構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。   As an example of a conventional piezoelectric oscillator, there is one configured to keep the temperature of a piezoelectric vibrator constituting a part of the piezoelectric oscillator constant (see, for example, Patent Document 1).

この圧電発振器は、圧電振動子と、発熱体と、感温センサとを備え、圧電振動子の温度を感温センサで測定する。そして、感温センサで測定した温度を示す信号を、発熱体と感温センサとの間に接続された温度制御部により発熱体を制御する電流信号に置き換え、当該電流信号により発熱体の駆動電流を調整する。これにより、発熱体の発熱量が変化し、圧電振動子の温度は、予め設定された値に調整される。   This piezoelectric oscillator includes a piezoelectric vibrator, a heating element, and a temperature sensor, and measures the temperature of the piezoelectric vibrator with the temperature sensor. Then, the signal indicating the temperature measured by the temperature sensor is replaced with a current signal for controlling the heating element by a temperature control unit connected between the heating element and the temperature sensor, and the driving current of the heating element is determined by the current signal. Adjust. As a result, the amount of heat generated by the heating element changes, and the temperature of the piezoelectric vibrator is adjusted to a preset value.

ところで、圧電発振器の周波数は、圧電振動子の周波数温度特性に起因して変動する。そこで、圧電振動子の周波数温度特性について、図17を参照しつつ説明する。図17(a)及び(b)は、ATカットの水晶振動片を具備する圧電振動子の周波数温度特性L11と、SCカットの水晶振動片を具備する圧電振動子の周波数温度特性L12とを示すグラフであり、縦軸は周波数偏差(ppm)、横軸は圧電振動子の温度(℃)を示す。また、図17(a)には、−40℃〜140℃の温度範囲における各圧電振動子の周波数温度特性L11,L12を示し、図17(b)には、70〜90℃の温度範囲における各圧電振動子のより詳細な周波数温度特性L11,L12を示す。   By the way, the frequency of the piezoelectric oscillator varies due to the frequency-temperature characteristics of the piezoelectric vibrator. Accordingly, the frequency-temperature characteristics of the piezoelectric vibrator will be described with reference to FIG. FIGS. 17A and 17B show a frequency temperature characteristic L11 of a piezoelectric vibrator having an AT-cut crystal vibrating piece and a frequency temperature characteristic L12 of a piezoelectric vibrator having an SC-cut crystal vibrating piece. It is a graph, a vertical axis | shaft shows a frequency deviation (ppm) and a horizontal axis shows the temperature (degreeC) of a piezoelectric vibrator. FIG. 17A shows frequency temperature characteristics L11 and L12 of each piezoelectric vibrator in a temperature range of −40 ° C. to 140 ° C., and FIG. 17B shows a temperature range of 70 to 90 ° C. The more detailed frequency temperature characteristics L11 and L12 of each piezoelectric vibrator are shown.

図17(a)に示されるように、ATカットの水晶振動片を具備する圧電振動子及びSCカットの水晶振動片を具備する圧電振動子のいずれにおいても、圧電振動子の温度を変数とした場合、周波数偏差は3次関数として表される。   As shown in FIG. 17A, the temperature of the piezoelectric vibrator is a variable in both the piezoelectric vibrator having the AT-cut crystal vibrating piece and the piezoelectric vibrator having the SC-cut crystal vibrating piece. In this case, the frequency deviation is expressed as a cubic function.

上記した従来の圧電発振器では、圧電振動子の温度が、例えば、75℃〜85℃の範囲内の温度に保たれるように温度制御が行われており、図17(b)に示されるように、圧電振動子の周波数偏差が、0〜0.4ppmの範囲内に抑えられている。このため、従来の圧電発振器は、圧電振動子の温度が全く制御されていない場合と比べると、圧電振動子が比較的安定した周波数で発振する。   In the conventional piezoelectric oscillator described above, temperature control is performed so that the temperature of the piezoelectric vibrator is maintained at a temperature within a range of 75 ° C. to 85 ° C., for example, as shown in FIG. Furthermore, the frequency deviation of the piezoelectric vibrator is suppressed within a range of 0 to 0.4 ppm. For this reason, in the conventional piezoelectric oscillator, the piezoelectric vibrator oscillates at a relatively stable frequency as compared with the case where the temperature of the piezoelectric vibrator is not controlled at all.

特許第3272633号公報Japanese Patent No. 3272633

しかしながら、圧電振動子の温度がほぼ一定、例えば、75℃〜85℃の範囲内の温度に保たれたとしても、図17(b)に示されるように、圧電振動子の周波数偏差は、2次関数的に僅かに変動する。   However, even if the temperature of the piezoelectric vibrator is kept substantially constant, for example, at a temperature in the range of 75 ° C. to 85 ° C., as shown in FIG. 17B, the frequency deviation of the piezoelectric vibrator is 2 Fluctuates slightly in the order of function.

このため、上記した従来の圧電発振器においても、その発振周波数には、圧電振動子の上記したような周波数温度特性により僅かな変動が見られた。   For this reason, even in the above-described conventional piezoelectric oscillator, the oscillation frequency slightly changed due to the above-described frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであって、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器において、周囲温度の変化による周波数の変動が少なくされた圧電発振器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a situation, and is a piezoelectric oscillator provided with a piezoelectric vibrator, a heater unit for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature, and a temperature control unit. Another object of the present invention is to provide a piezoelectric oscillator in which frequency fluctuations due to changes in ambient temperature are reduced.

または、本発明は、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器に対し、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる圧電発振器の周波数制御方法を提供することを他の目的とする。   Alternatively, the present invention reduces frequency fluctuations due to changes in ambient temperature with respect to a piezoelectric oscillator provided with a piezoelectric vibrator and a heater unit and a temperature control unit for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature. Another object of the present invention is to provide a method for controlling the frequency of a piezoelectric oscillator.

本発明の圧電発振器は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する少なくとも1つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路とを備えることを特徴とする。   A piezoelectric oscillator according to the present invention includes an oscillation unit including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit, a heater unit for heating the piezoelectric vibrator composed of a plurality of elements, and the heater unit to the piezoelectric vibrator. A temperature control unit that controls the amount of heat released, and at least one of the plurality of elements constituting the heater unit, the power consumption of which varies in a quadratic function with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator. And a frequency control circuit that controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a temperature change.

この構成によれば、ヒータ部を構成する複数の素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた従来の圧電発振器と比べて、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。特に、圧電振動子の2次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現することができる。   According to this configuration, based on the temperature change of one element whose power consumption fluctuates in a quadratic function with respect to the temperature change around the piezoelectric oscillator among the plurality of elements constituting the heater unit, the piezoelectric vibrator Because the frequency of the piezoelectric vibrator is controlled, the piezoelectric vibrator and the heater section and the temperature control section for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature are compared with changes in ambient temperature. Frequency fluctuation can be reduced. In particular, compensation for frequency fluctuations due to frequency temperature characteristics that change in a quadratic function of the piezoelectric vibrator can be realized with a simple circuit configuration.

また、本発明の圧電発振器において、前記ヒータ部は、前記素子として、トランジスタ及びヒータ抵抗を有していてもよく、前記周波数制御回路は、前記トランジスタの温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。   In the piezoelectric oscillator according to the aspect of the invention, the heater unit may include a transistor and a heater resistor as the element, and the frequency control circuit may be configured based on a temperature change of the transistor. The frequency may be controlled.

この構成では、周囲温度の変化による周波数の変動を確実に少なくすることができる。特に、ヒータ抵抗とトランジスタとを組み合わせたヒータ部では、後述する図2に示すように、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対し、トランジスタの消費電力が2次関数的に変化する。このため、この消費電力の変化に対応したトランジスタの温度変化を利用することで、圧電振動子の2次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より簡単な回路構成で実現することができる。   With this configuration, frequency fluctuations due to changes in ambient temperature can be reliably reduced. In particular, in a heater unit in which a heater resistor and a transistor are combined, the power consumption of the transistor changes in a quadratic function with respect to the temperature change around the piezoelectric oscillator, as shown in FIG. For this reason, by using the temperature change of the transistor corresponding to this change in power consumption, compensation for frequency fluctuations due to the frequency temperature characteristic that changes in a quadratic function of the piezoelectric vibrator can be made with a simpler circuit configuration. Can be realized.

また、本発明の圧電発振器において、前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。   In the piezoelectric oscillator according to the aspect of the invention, the frequency control circuit may further control the frequency of the piezoelectric vibrator based on a temperature change around the piezoelectric oscillator.

この構成では、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より正確に行うことができる。   In this configuration, since the frequency of the piezoelectric vibrator is controlled based on the temperature change around the piezoelectric oscillator, the frequency fluctuation due to the change in the ambient temperature can be further reduced. That is, compensation for frequency fluctuations due to the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator can be performed more accurately.

また、本発明の圧電発振器において、前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。   In the piezoelectric oscillator according to the aspect of the invention, the frequency control circuit may further include the piezoelectric vibrator based on a change in current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator. The frequency may be controlled.

この構成では、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動するヒータ部の電流の変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、さらに正確に行うことができる。   In this configuration, the frequency of the piezoelectric vibrator is further controlled based on a change in the current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a change in the ambient temperature of the piezoelectric oscillator. Frequency fluctuations can be further reduced. That is, it is possible to more accurately compensate for frequency fluctuations due to the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator.

また、本発明の圧電発振器において、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温槽をさらに備え、前記恒温槽の内部に前記圧電振動子を配してもよい。   The piezoelectric oscillator according to the present invention may further include a thermostatic chamber that keeps the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature, and the piezoelectric vibrator may be disposed inside the thermostatic bath.

この構成では、圧電発振子の温度をより一定に保つことができ、圧電振動子をより安定した周波数で発振させることができる。   In this configuration, the temperature of the piezoelectric oscillator can be kept more constant, and the piezoelectric vibrator can be oscillated at a more stable frequency.

また、本発明の圧電発振器において、恒温槽を備える場合、前記ヒータ部は前記恒温槽の外部に配されていてもよい。   In the piezoelectric oscillator according to the present invention, when the thermostatic chamber is provided, the heater unit may be arranged outside the thermostatic chamber.

この構成では、ヒータ部を恒温槽の内部に配した場合と比べて、恒温槽内部の温度熱勾配の影響を軽減させることができ、圧電振動子をより安定した周波数で発振させることができる。   In this configuration, compared to the case where the heater unit is disposed inside the thermostat, the influence of the temperature and thermal gradient inside the thermostat can be reduced, and the piezoelectric vibrator can be oscillated at a more stable frequency.

本発明の圧電発振器において、恒温槽を備える場合、前記発振部が基板の一主面に配され、前記基板の内部に、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温部が設けられ、前記基板の一主面に、前記発振部を封止する恒温ケースが設けられ、前記恒温槽は、前記恒温部と前記恒温ケースとによって構成されることが好ましい。   In the piezoelectric oscillator of the present invention, in the case where the thermostatic chamber is provided, the oscillation unit is disposed on one main surface of the substrate, and a thermostatic unit that maintains the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature is provided inside the substrate. It is preferable that a constant temperature case for sealing the oscillating portion is provided on one main surface, and the constant temperature bath is constituted by the constant temperature portion and the constant temperature case.

この構成では、恒温槽が恒温ケースと恒温部とから構成されるので、恒温槽を設けたことによる大型化や製造コストの高騰を最小限に抑えることができる。また、発振部を封止する恒温ケースが基板の一主面に設けられ、恒温部と恒温ケースとによって発振部が封止されるので、恒温槽を別途設ける場合と比べて、本体筐体を低背化や小型化することができる。   In this configuration, since the thermostat is composed of the thermostat case and the thermostat, it is possible to minimize an increase in size and an increase in manufacturing cost due to the provision of the thermostat. In addition, a constant temperature case for sealing the oscillation part is provided on one main surface of the substrate, and the oscillation part is sealed by the constant temperature part and the constant temperature case. It can be reduced in height and size.

本発明の圧電発振器の周波数制御方法は、前記圧電発振器が、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部とを備えており、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子の温度変化を測定する素子温度測定ステップと、該素子温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御ステップとを有することを特徴とする。   According to the frequency control method of the piezoelectric oscillator of the present invention, the piezoelectric oscillator includes an oscillation unit including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit, a heater unit for heating the piezoelectric vibrator configured by a plurality of elements, and the heater A temperature control unit that controls the amount of heat released from the unit to the piezoelectric vibrator, and among the plurality of elements constituting the heater unit, power consumption with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator An element temperature measuring step for measuring a temperature change of one element that varies in a quadratic function, and a frequency control step for controlling the frequency of the piezoelectric vibrator based on a measurement result in the element temperature measuring step. It is characterized by having.

この方法によれば、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器に対し、周囲温度の変化に対して消費電力が2次関数的に変動するヒータ部を構成する1つの素子の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数の制御を行うため、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。特に、圧電振動子の2次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現することができる。   According to this method, a piezoelectric oscillator including a piezoelectric vibrator and a heater unit and a temperature control unit for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature consumes less power with respect to changes in ambient temperature. Since the frequency of the piezoelectric vibrator is controlled based on the temperature change of one element constituting the heater unit that varies in a quadratic function, the frequency fluctuation due to the change in the ambient temperature can be reduced. In particular, compensation for frequency fluctuations due to frequency temperature characteristics that change in a quadratic function of the piezoelectric vibrator can be realized with a simple circuit configuration.

また、本発明の圧電発振器の周波数制御方法において、前記圧電発振器の周囲の温度変化を測定する周囲温度測定ステップをさらに有し、前記周波数制御ステップは、さらに、前記周囲温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。   The frequency control method for a piezoelectric oscillator according to the present invention further includes an ambient temperature measurement step for measuring a temperature change around the piezoelectric oscillator, and the frequency control step further includes a measurement result in the ambient temperature measurement step. Based on the above, the frequency of the piezoelectric vibrator may be controlled.

この方法では、さらに、圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、より正確に行うことができる。   In this method, since the frequency of the piezoelectric vibrator is controlled based on the temperature change around the piezoelectric oscillator, the frequency fluctuation due to the change in the ambient temperature can be further reduced. That is, compensation for frequency fluctuations due to the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator can be performed more accurately.

また、本発明の圧電発振器の周波数制御方法において、前記周波数制御ステップは、さらに、前記圧電発振器の周囲の温度の変化に対して1次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御してもよい。   Further, in the frequency control method for a piezoelectric oscillator according to the present invention, the frequency control step is further based on a change in current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a change in temperature around the piezoelectric oscillator. The frequency of the piezoelectric vibrator may be controlled.

この方法では、さらに、圧電発振器の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動するヒータ部の電流の変化に基づいて、圧電振動子の周波数が制御されるので、周囲温度の変化による周波数の変動を、さらに少なくすることができる。つまり、圧電振動子の周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、さらに正確に行うことができる。   In this method, the frequency of the piezoelectric vibrator is further controlled based on a change in the current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a change in temperature around the piezoelectric oscillator. Can be further reduced. That is, it is possible to more accurately compensate for frequency fluctuations due to the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator.

本発明によれば、圧電振動子と、この圧電振動子の温度を所定温度に保つためのヒータ部及び温度制御部とが備えられた圧電発振器において、周囲温度の変化による周波数の変動を少なくすることができる。   According to the present invention, in a piezoelectric oscillator provided with a piezoelectric vibrator and a heater section and a temperature control section for maintaining the temperature of the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature, frequency fluctuation due to a change in ambient temperature is reduced. be able to.

本発明の実施の形態1に係る圧電発振器を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a piezoelectric oscillator according to Embodiment 1 of the present invention. ヒータ部の消費電力と周囲温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the power consumption of a heater part, and ambient temperature. 1次補償用センサ及び2次補償用センサのそれぞれで測定される温度と、周囲温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the temperature measured by each of the primary compensation sensor and the secondary compensation sensor, and the ambient temperature. 本発明の実施の形態1に係る圧電発振器の構造の一例を示す透視図である。It is a perspective view which shows an example of the structure of the piezoelectric oscillator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図4に示す圧電発振器を構成する本体筐体と、基板と、金属ケースの概略分解図である。FIG. 5 is a schematic exploded view of a main body casing, a substrate, and a metal case constituting the piezoelectric oscillator shown in FIG. 4. 図4に示す圧電発振器を構成する基板と、その基板上におけるヒータ部、温度制御用センサ、1次補償用センサ、及び2次補償用センサの位置関係を示す概略平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view showing a positional relationship among a substrate constituting the piezoelectric oscillator shown in FIG. 4 and a heater section, a temperature control sensor, a primary compensation sensor, and a secondary compensation sensor on the substrate. 図4に示す圧電発振器を構成する金属ケースを示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the metal case which comprises the piezoelectric oscillator shown in FIG. 本発明の実施の形態1に係る圧電発振器の電気的構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the electrical constitution of the piezoelectric oscillator which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図8に示す圧電発振器の周波数温度特性の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator shown in FIG. 図8に示す圧電発振器の周波数制御回路の接続点aにおける電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the voltage in the connection point a of the frequency control circuit of the piezoelectric oscillator shown in FIG. 8, and ambient temperature. 図8に示す圧電発振器の周波数制御回路の2次補償用回路により発生する電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the voltage which generate | occur | produces with the circuit for secondary compensation of the frequency control circuit of the piezoelectric oscillator shown in FIG. 8, and ambient temperature. 図8に示す圧電発振器の周波数制御回路の1次補償用回路により発生する電圧と周囲温度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the voltage which generate | occur | produces with the circuit for primary compensation of the frequency control circuit of the piezoelectric oscillator shown in FIG. 8, and ambient temperature. 本発明の実施の形態2に係る圧電発振器を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the piezoelectric oscillator which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る圧電発振器の構造の一例を示す透視図である。It is a perspective view which shows an example of the structure of the piezoelectric oscillator which concerns on Embodiment 2 of this invention. 図14に示す圧電発振器を構成する基板と、その基板上におけるヒータ部、温度制御用センサ及び2次補償用センサの位置関係を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the positional relationship of the board | substrate which comprises the piezoelectric oscillator shown in FIG. 14, and the heater part on the board | substrate, the sensor for temperature control, and the sensor for secondary compensation. 本発明の実施の形態2に係る圧電発振器の電気的構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the electrical constitution of the piezoelectric oscillator which concerns on Embodiment 2 of this invention. 圧電振動子の周波数温度特性を示すグラフであり、(a)は−40℃〜140℃の範囲における圧電振動子の周波数温度特性を示すグラフであり、(b)は70℃〜90℃の範囲における圧電振動子の周波数温度特性をより詳細に示すグラフである。It is a graph which shows the frequency temperature characteristic of a piezoelectric vibrator, (a) is a graph which shows the frequency temperature characteristic of a piezoelectric vibrator in the range of -40 degreeC-140 degreeC, (b) is the range of 70 degreeC-90 degreeC. 5 is a graph showing the frequency temperature characteristics of the piezoelectric vibrator in more detail.

以下、本発明の実施の形態に係る圧電発振器について図面を参照しつつ説明する。   Hereinafter, a piezoelectric oscillator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

<実施の形態1>
図1は、本発明の実施の形態1に係る圧電発振器1を示すブロック図である。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a block diagram showing a piezoelectric oscillator 1 according to Embodiment 1 of the present invention.

圧電発振器1は、恒温槽7を備えた、いわゆる恒温槽付圧電発振器と呼ばれるものである。図1に示す圧電発振器1は、恒温槽7の内部に、圧電振動子2と、発振回路6aと、2次補償用センサ51と、温度制御用センサ41と、周波数制御回路5とを備え、恒温槽7の外部に、圧電振動子2のヒータ部3と、温度制御部4と、1次補償用センサ52とを備えている。なお、本実施の形態では、発振部6は、圧電振動子2と、発振回路6aと、周波数制御回路5とから構成されている。   The piezoelectric oscillator 1 is a so-called thermostatic bath-equipped piezoelectric oscillator including a thermostatic chamber 7. A piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 1 includes a piezoelectric vibrator 2, an oscillation circuit 6a, a secondary compensation sensor 51, a temperature control sensor 41, and a frequency control circuit 5 inside a thermostatic chamber 7. Outside the thermostatic chamber 7, a heater unit 3 of the piezoelectric vibrator 2, a temperature control unit 4, and a primary compensation sensor 52 are provided. In the present embodiment, the oscillating unit 6 includes the piezoelectric vibrator 2, the oscillation circuit 6 a, and the frequency control circuit 5.

圧電振動子2としては、例えばSCカット及びATカットなどの水晶振動片が用いられる。この圧電振動子2は、発振回路6aにより印加した電圧によって振動する。   As the piezoelectric vibrator 2, for example, a crystal vibrating piece such as an SC cut and an AT cut is used. The piezoelectric vibrator 2 is vibrated by the voltage applied by the oscillation circuit 6a.

圧電振動子2の近傍には温度制御用センサ41が配置されており、この温度制御用センサ41により、圧電振動子2付近の温度を測定することで圧電振動子2の温度変化を測定する。   A temperature control sensor 41 is disposed in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2, and the temperature change of the piezoelectric vibrator 2 is measured by measuring the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 by the temperature control sensor 41.

ヒータ部3は、複数の素子、具体的には、トランジスタ32と、ヒータ抵抗31とから構成されており(後述する図4参照)、これら素子により、恒温槽7の内部を温め、間接的に圧電振動子2を温める構成とされている。つまり、圧電振動子2に対して熱を放出して圧電振動子2を温める構成とされている。   The heater unit 3 is composed of a plurality of elements, specifically, a transistor 32 and a heater resistor 31 (see FIG. 4 to be described later). By these elements, the inside of the thermostatic chamber 7 is heated and indirectly. The piezoelectric vibrator 2 is heated. That is, the piezoelectric vibrator 2 is heated by releasing heat to the piezoelectric vibrator 2.

また、ヒータ部3は、恒温槽7の外部に配されており、ヒータ部3を恒温槽7の内部に配した場合と比べ、恒温槽7の内部における温度熱勾配の影響が軽減され、圧電振動子2がより安定した周波数で発振する構成とされている。   In addition, the heater unit 3 is arranged outside the thermostatic chamber 7, and compared with the case where the heater unit 3 is arranged inside the thermostatic chamber 7, the influence of the temperature and heat gradient in the thermostatic chamber 7 is reduced, and the piezoelectric element is piezoelectric. The vibrator 2 oscillates at a more stable frequency.

ヒータ部3の動作は、温度制御部4により制御されている。具体的には、温度制御部4は、温度制御用センサ41により測定された圧電振動子2付近の温度と予め設定された温度との差を求め、この求めた差の大きさに応じて、圧電振動子2に対してヒータ部3から放出される熱量を制御し、圧電振動子2の温度制御を行う。   The operation of the heater unit 3 is controlled by the temperature control unit 4. Specifically, the temperature control unit 4 obtains a difference between the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 measured by the temperature control sensor 41 and a preset temperature, and according to the magnitude of the obtained difference, The amount of heat released from the heater unit 3 to the piezoelectric vibrator 2 is controlled to control the temperature of the piezoelectric vibrator 2.

このような制御により、図1中に二点鎖線で概略的に示す圧電発振器1の周囲(即ち、製品本体の周囲)の温度(以下、周囲温度という)が一定の温度に保たれた環境下においては、圧電振動子2の温度は一定の温度に維持される。   Under such an environment, the temperature around the piezoelectric oscillator 1 schematically shown by a two-dot chain line in FIG. 1 (that is, around the product main body) (hereinafter referred to as ambient temperature) is maintained at a constant temperature. In this case, the temperature of the piezoelectric vibrator 2 is maintained at a constant temperature.

しかしながら、温度制御部4により、圧電振動子2の温度が、例えば、80℃付近の温度に維持されたとしても、図17(b)に示されるように、圧電振動子2の周波数偏差は、圧電振動子2の僅かな温度変化に対して2次関数的に変動する。このような圧電振動子2の周波数温度特性に起因し、周波数制御回路5による制御を行わない場合、圧電発振器1の周波数は、後述する図9のL7で示されるように、約―40℃〜約75℃の範囲内における周囲温度の変化に対し、2次関数的に僅かに変動する。   However, even if the temperature control unit 4 maintains the temperature of the piezoelectric vibrator 2 at, for example, a temperature around 80 ° C., as shown in FIG. 17B, the frequency deviation of the piezoelectric vibrator 2 is It fluctuates in a quadratic function with respect to a slight temperature change of the piezoelectric vibrator 2. When the control by the frequency control circuit 5 is not performed due to the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator 2, the frequency of the piezoelectric oscillator 1 is about −40 ° C. to about −40 ° C. as indicated by L 7 in FIG. It slightly fluctuates in a quadratic function with respect to changes in ambient temperature within a range of about 75 ° C.

そこで、本実施の形態では、このような周囲温度の変化による圧電発振器1の周波数の変動を低減させるために、圧電振動子2に印加する電圧を制御して、圧電振動子2の周波数を制御する周波数制御回路5を備えている。   Therefore, in the present embodiment, in order to reduce the fluctuation in the frequency of the piezoelectric oscillator 1 due to such a change in the ambient temperature, the voltage applied to the piezoelectric vibrator 2 is controlled to control the frequency of the piezoelectric vibrator 2. A frequency control circuit 5 is provided.

ここで、ヒータ部3の消費電力と周囲温度との関係を図2を参照しつつ説明する。図2は、ヒータ部3の消費電力と周囲温度との関係を示すグラフであり、縦軸は消費電力(W)、横軸は周囲温度(℃)を示す。ただし、温度制御用センサ41で測定する圧電振動子2の温度は、ほぼ一定に制御されているものとする。   Here, the relationship between the power consumption of the heater unit 3 and the ambient temperature will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between the power consumption of the heater unit 3 and the ambient temperature, where the vertical axis represents power consumption (W) and the horizontal axis represents ambient temperature (° C.). However, it is assumed that the temperature of the piezoelectric vibrator 2 measured by the temperature control sensor 41 is controlled to be substantially constant.

ヒータ部3全体の消費電力(即ち、トランジスタ32及びヒータ抵抗31の消費電力の合計)は、約−40℃〜約75℃の範囲において、図2中にL1で示すように、周囲温度の上昇に比例して減少しており、周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する。   The power consumption of the entire heater unit 3 (that is, the total power consumption of the transistor 32 and the heater resistor 31) is in the range of about −40 ° C. to about 75 ° C., as shown by L1 in FIG. , And fluctuates linearly with changes in ambient temperature.

ヒータ部3を構成するトランジスタ32の消費電力は、図2中にL3で示すように、約−40℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の変化に対し、図9のL7に示す周波数制御回路による制御を行わない場合の周波数温度特性とは正負が逆の2次関数的に変動する。   As shown by L3 in FIG. 2, the power consumption of the transistor 32 constituting the heater unit 3 is a frequency control indicated by L7 in FIG. 9 with respect to a change in ambient temperature in a range of about −40 ° C. to about 75 ° C. It fluctuates in a quadratic function whose polarity is opposite to that of the frequency temperature characteristic when the control by the circuit is not performed.

また、ヒータ部を構成するヒータ抵抗31の消費電力は、図2中にL2で示すように、約−40℃〜約75℃の範囲において、周囲温度が上昇するにつれて減少する2次関数的に変動する。   Further, the power consumption of the heater resistor 31 constituting the heater section is a quadratic function that decreases as the ambient temperature rises in the range of about −40 ° C. to about 75 ° C. as indicated by L2 in FIG. fluctuate.

つまり、約−40℃〜約75℃の範囲において、トランジスタ32及びヒータ抵抗31の消費電力は、それぞれ、周囲温度の変化に対して2次関数的に変動し、それらの消費電力の合計(即ちヒータ部3の消費電力)が、1次関数的に変動する。   That is, in the range of about −40 ° C. to about 75 ° C., the power consumption of the transistor 32 and the heater resistor 31 fluctuates in a quadratic function with respect to the change in the ambient temperature, and the total of the power consumption (that is, The power consumption of the heater unit 3) varies in a linear function.

そこで、本実施の形態に係る圧電発振器1では、上記したようなヒータ部3の周囲温度に対する消費電力の変化に着目し、ヒータ部3を構成する素子(ヒータ抵抗31,トランジスタ32)のうち、周囲温度の変化に対して2次関数的に消費電力が変動する素子、即ち、トランジスタ32の温度変化を測定するための2次補償用センサ51が備えられている。さらに、本実施の形態に係る圧電発振器1では、圧電発振器1の周囲の温度変化を測定するための1次補償用センサ52が備えられている。   Therefore, in the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment, paying attention to the change in power consumption with respect to the ambient temperature of the heater unit 3 as described above, among the elements (heater resistor 31 and transistor 32) constituting the heater unit 3, An element whose power consumption fluctuates in a quadratic function with respect to a change in ambient temperature, that is, a secondary compensation sensor 51 for measuring a temperature change of the transistor 32 is provided. Furthermore, the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is provided with a primary compensation sensor 52 for measuring a temperature change around the piezoelectric oscillator 1.

図3は、2次補償用センサ51及び1次補償用センサ52のそれぞれで測定される温度と、周囲温度との関係を示すグラフである。図3において、縦軸は2次補償用センサ51又は1次補償用センサ52で測定される温度(℃)を示し、横軸は、周囲温度(℃)を示す。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the temperature measured by each of the secondary compensation sensor 51 and the primary compensation sensor 52 and the ambient temperature. In FIG. 3, the vertical axis indicates the temperature (° C.) measured by the secondary compensation sensor 51 or the primary compensation sensor 52, and the horizontal axis indicates the ambient temperature (° C.).

この2次補償用センサ51で測定される温度は、トランジスタ32の消費電力と同様、図3中L4で示すように、約−40℃〜約75℃の範囲内において、周囲温度の変化に対して2次関数的に変動する。   Similar to the power consumption of the transistor 32, the temperature measured by the secondary compensation sensor 51 is within a range of about −40 ° C. to about 75 ° C. with respect to changes in ambient temperature, as indicated by L4 in FIG. Fluctuates in a quadratic function.

また、1次補償用センサ52で測定される温度は、図3中L5で示すように、約−40℃〜約75℃の範囲内において、周囲温度の上昇に比例して上昇しており、周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する。   Further, as shown by L5 in FIG. 3, the temperature measured by the primary compensation sensor 52 rises in proportion to the increase in ambient temperature within the range of about −40 ° C. to about 75 ° C., Fluctuates linearly with changes in ambient temperature.

このような温度特性に基づき、本実施の形態の圧電発振器1では、以下の周波数制御方法が実施されている。   Based on such temperature characteristics, the following frequency control method is implemented in the piezoelectric oscillator 1 of the present embodiment.

つまり、本実施の形態の圧電発振器1は、2次補償用センサ51により、ヒータ部3を構成する複数の素子(ヒータ抵抗31及びトランジスタ32)のうち圧電発振器1の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子(トランジスタ32)の温度変化を測定する(素子温度測定ステップ)とともに、1次補償用センサ52により、圧電発振器1の周囲の温度変化を測定する(周囲温度測定ステップ)。そして、周波数制御回路5により、素子温度測定ステップでの測定結果と、周囲温度測定ステップでの測定結果とに基づいて、圧電振動子2の周波数を制御する(周波数制御ステップ)。   That is, the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is adapted to the temperature change around the piezoelectric oscillator 1 among the plurality of elements (the heater resistor 31 and the transistor 32) constituting the heater unit 3 by the secondary compensation sensor 51. The temperature change of one element (transistor 32) whose power consumption fluctuates in a quadratic function is measured (element temperature measurement step), and the temperature change around the piezoelectric oscillator 1 is measured by the primary compensation sensor 52. (Ambient temperature measurement step). The frequency control circuit 5 controls the frequency of the piezoelectric vibrator 2 based on the measurement result in the element temperature measurement step and the measurement result in the ambient temperature measurement step (frequency control step).

より具体的には、周波数制御回路5は、周囲温度の変化に対して2次関数的に変動するトランジスタ32の温度変化を利用して、圧電発振器1の周波数温度特性の2次成分を補償する制御電圧を発生させると同時に、周囲温度の変化を利用して、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分を補償する制御電圧を発生させて、圧電振動子2の周波数を制御する。   More specifically, the frequency control circuit 5 compensates for the secondary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 by using the temperature change of the transistor 32 that varies in a quadratic function with respect to the change in the ambient temperature. Simultaneously with the generation of the control voltage, the frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled by generating a control voltage that compensates for the primary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 using the change in the ambient temperature.

このようにして圧電振動子2の周波数の制御を行うことで、本実施の形態1に係る圧電発振器1では、後述する図9中のL6に示されるように、周囲温度の変化による周波数の変動が少なく抑えられている。また、周囲温度に対して2次関数的に消費電力が変化するヒータ部3のトランジスタ32の温度変化を利用することで、圧電振動子2の2次関数的に変化する周波数温度特性に因る周波数変動に対する補償を、簡単な回路構成で実現できるようにされている。   By controlling the frequency of the piezoelectric vibrator 2 in this way, in the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment, as indicated by L6 in FIG. There are few. Further, by using the temperature change of the transistor 32 of the heater unit 3 whose power consumption changes in a quadratic function with respect to the ambient temperature, it depends on the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator 2 that changes in a quadratic function. Compensation for frequency fluctuation can be realized with a simple circuit configuration.

−圧電発振器の構造例1−
次に、本発明の実施の形態1に係る圧電発振器1の構造の一例を、図4及び図5を参照しつつ説明する。
—Structural Example 1 of Piezoelectric Oscillator—
Next, an example of the structure of the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図4は、本発明の実施の形態1に係る圧電発振器1の構造の一例を示す透視図であり、図5は、図4に示す圧電発振器1を構成する本体筐体9と、基板8と、金属ケース72の概略分解図である。   FIG. 4 is a perspective view showing an example of the structure of the piezoelectric oscillator 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 5 shows a main body housing 9 and a substrate 8 that constitute the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. FIG. 4 is a schematic exploded view of a metal case 72.

本構造例において、圧電発振器1には、図4及び図5に示すように、基板8と、基板8の一主面80に配した圧電振動子2と発振回路(不図示)を含む発振部と、この発振部を封止する金属ケース72(本発明でいう恒温ケース)とが設けられている。   In this structural example, the piezoelectric oscillator 1 includes an oscillation unit including a substrate 8, a piezoelectric vibrator 2 disposed on one main surface 80 of the substrate 8, and an oscillation circuit (not shown), as shown in FIGS. 4 and 5. And a metal case 72 (constant temperature case according to the present invention) for sealing the oscillating portion.

圧電発振器1の本体筐体9は、図4及び図5に示すように、一面に開口部90が形成された保護用ケース91と、保護用ケース91と接合して当該圧電発振器1の構成部材を封止するベース92からなる。ベース92には、外部の電子機器と電気的に接続する外部リード端子93が本体筐体9の内部(内側)から外部(外側)に突出形成されている。なお、保護用ケース91とベース92とは金属を用いて形成されており、ベース92と外部リード端子93との間にはガラスなどで形成された絶縁性を有する部材が介在している。この構成により、EMS(Electro Magnetic Susceptibility)に対応することができる。   As shown in FIGS. 4 and 5, the main body housing 9 of the piezoelectric oscillator 1 is composed of a protective case 91 having an opening 90 formed on one surface, and a constituent member of the piezoelectric oscillator 1 joined to the protective case 91. It consists of a base 92 for sealing. An external lead terminal 93 that is electrically connected to an external electronic device is formed on the base 92 so as to protrude from the inside (inside) of the main body housing 9 to the outside (outside). The protective case 91 and the base 92 are formed using metal, and an insulating member made of glass or the like is interposed between the base 92 and the external lead terminal 93. With this configuration, it is possible to deal with EMS (Electro Magnetic Susceptibility).

次に、図4に示す圧電発振器1の各構成について、図4〜7を用いて詳説する。図6は、図4に示す圧電発振器1を構成する基板8と、その基板8上におけるヒータ部3、温度制御用センサ41、1次補償用センサ52、及び2次補償用センサ51の位置関係を示す概略平面図である。さらに、図7は、図4に示す圧電発振器1を構成する金属ケース72を示す概略斜視図である。   Next, each configuration of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 4 will be described in detail with reference to FIGS. 6 shows the positional relationship among the substrate 8 constituting the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 4 and the heater unit 3, the temperature control sensor 41, the primary compensation sensor 52, and the secondary compensation sensor 51 on the substrate 8. It is a schematic plan view which shows. Further, FIG. 7 is a schematic perspective view showing a metal case 72 constituting the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG.

圧電振動子2は、図4及び図5に示すように、SCカットまたはATカットなどの水晶振動片(図示省略)と、この水晶振動片を支持する支持ベース23と、支持ベース23に支持された水晶振動片を気密封止するキャップ24とから構成されている。水晶振動片には、一対の励振電極(図示省略)と、一対の励振電極から引き出された引出電極(図示省略)とが形成されている。支持ベース23には、2つのリード端子21が絶縁性の接合材を用いて接合されている。2つのリード端子21は、それぞれ、支持ベース23から外方に延設されたアウターリード部と、圧電振動子2の内部に配され、水晶振動片の引出電極にそれぞれ接合されたインナーリード部から構成されている。なお、図4に示すように、2つのリード端子21は、圧電振動子2の側面視同一位置に配される。また、2つのリード端子21は支持ベース23から外方へ同一方向に延設されている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the piezoelectric vibrator 2 is supported by a crystal vibrating piece (not shown) such as an SC cut or an AT cut, a support base 23 that supports the crystal vibrating piece, and a support base 23. And a cap 24 for hermetically sealing the quartz crystal vibrating piece. The crystal vibrating piece is formed with a pair of excitation electrodes (not shown) and an extraction electrode (not shown) drawn from the pair of excitation electrodes. Two lead terminals 21 are bonded to the support base 23 using an insulating bonding material. Each of the two lead terminals 21 includes an outer lead portion extending outward from the support base 23 and an inner lead portion disposed inside the piezoelectric vibrator 2 and joined to the extraction electrode of the crystal vibrating piece. It is configured. As shown in FIG. 4, the two lead terminals 21 are arranged at the same position in the side view of the piezoelectric vibrator 2. Further, the two lead terminals 21 extend outward from the support base 23 in the same direction.

金属ケース72は、図4及び図7に示すように、一端面に開口部73が形成された箱状体であり、この金属ケース72を基板8に配する際、この開口部73が基板8の一主面80に向く。この金属ケース72は、天面板76と、4つの側面板70とからなり、この天面板76の外周端から側面板70が下垂して設けられている。これら4つの側面板70のうち、任意の対向する2面の側面板70には、その先端から突出片74が突出形成されている。なお、金属ケース72は、熱伝導性の高い材料で形成されていることが好ましく、本構造例においては、真鍮が用いられている。   As shown in FIGS. 4 and 7, the metal case 72 is a box-like body having an opening 73 formed on one end surface. When the metal case 72 is disposed on the substrate 8, the opening 73 is formed on the substrate 8. It faces the main surface 80. The metal case 72 includes a top plate 76 and four side plates 70, and the side plate 70 is suspended from the outer peripheral end of the top plate 76. Of these four side plates 70, any two opposing side plates 70 are formed with protruding pieces 74 protruding from their tips. The metal case 72 is preferably formed of a material having high thermal conductivity, and brass is used in this structural example.

基板8は、複数の層が積層された多層基板から構成され、例えば熱伝導率が0.2W/(m・K)〜0.5W/(m・K)の樹脂基板である。具体例を示すと、基板8として、紙フェノール基板、紙エポキシ基板、ガラスコンポジット基板、ガラスエポキシ基板、またはフッ素樹脂基板を用いることができる。   The substrate 8 is composed of a multilayer substrate in which a plurality of layers are laminated, and is, for example, a resin substrate having a thermal conductivity of 0.2 W / (m · K) to 0.5 W / (m · K). As a specific example, a paper phenol substrate, a paper epoxy substrate, a glass composite substrate, a glass epoxy substrate, or a fluororesin substrate can be used as the substrate 8.

基板8の内部には、図4に示すように、圧電振動子2を所定温度に保つ恒温部71が設けられている。恒温部71は、基板8の中間層に形成されており、熱伝導性が高い熱伝導性材料であり、平面視矩形の平板状パターンに成形されている。本構造例においては、恒温部71としてベタパターンが用いられている。   As shown in FIG. 4, a constant temperature portion 71 that keeps the piezoelectric vibrator 2 at a predetermined temperature is provided inside the substrate 8. The constant temperature part 71 is formed in an intermediate layer of the substrate 8 and is a heat conductive material having high heat conductivity, and is formed into a flat plate-like pattern having a rectangular shape in plan view. In this structural example, a solid pattern is used as the constant temperature portion 71.

基板8の一主面80には、図4〜図6に示すように、圧電振動子2を発振子とした発振回路6aがパターン形成され(図示省略)、発振回路6aの構成部材としての集積回路チップやその他電子部品等(図示省略)、周波数制御回路5(図示省略)、圧電振動子2の温度を測定する温度制御用センサ41、ヒータ部3のトランジスタ32の温度変化を測定する2次補償用センサ51、及び周囲温度の変化を測定する1次補償用センサ52が設けられている。なお、本構造例では、温度制御用センサ41、2次補償用センサ51、及び1次補償用センサ52として、それぞれ、サーミスタが用いられている。   As shown in FIGS. 4 to 6, an oscillation circuit 6 a using the piezoelectric vibrator 2 as an oscillator is patterned (not shown) on one main surface 80 of the substrate 8 and integrated as a constituent member of the oscillation circuit 6 a. Circuit chip and other electronic components (not shown), frequency control circuit 5 (not shown), temperature control sensor 41 for measuring the temperature of the piezoelectric vibrator 2, and secondary for measuring the temperature change of the transistor 32 of the heater unit 3. A compensation sensor 51 and a primary compensation sensor 52 for measuring a change in ambient temperature are provided. In this structural example, a thermistor is used as each of the temperature control sensor 41, the secondary compensation sensor 51, and the primary compensation sensor 52.

また、図6に示すように、恒温部71の基板8の一主面80の平面視矩形の領域(恒温部71と平面視重なり合う領域)を重複領域Aとし、この重複領域Aに圧電振動子2のリード端子21を電気的に接続する搭載部83が形成されている。搭載部83は、恒温部71に達しない深さの円柱形の凹形状に形成されている。また、重複領域Aの外周に沿って、金属ケース72と接合する接合部82が設けられている。接合部82は、基板8の一主面80の重複領域Aの外周縁の各辺に沿って直方体の凹形状に形成されている。この接合部82には、凹形状の内面から接合部82外の基板8の一主面80上にまで延出した熱伝導性が高い熱伝導膜(図示省略)が設けられている。熱伝導膜は、恒温部71に接続されている。本構造例では、熱伝導膜として、銅が用いられている。   Further, as shown in FIG. 6, a rectangular region in plan view of the principal surface 80 of the substrate 8 of the constant temperature portion 71 (a region overlapping the constant temperature portion 71 in plan view) is defined as an overlapping region A, and a piezoelectric vibrator is provided in the overlapping region A. A mounting portion 83 for electrically connecting the two lead terminals 21 is formed. The mounting portion 83 is formed in a cylindrical concave shape having a depth that does not reach the constant temperature portion 71. A joining portion 82 that joins the metal case 72 is provided along the outer periphery of the overlapping region A. The joint portion 82 is formed in a rectangular parallelepiped concave shape along each side of the outer peripheral edge of the overlapping region A of the main surface 80 of the substrate 8. The bonding portion 82 is provided with a heat conductive film (not shown) having a high thermal conductivity extending from the concave inner surface to one main surface 80 of the substrate 8 outside the bonding portion 82. The heat conductive film is connected to the constant temperature part 71. In this structural example, copper is used as the heat conductive film.

基板8の他主面81には、図4及び図6に示すように、恒温槽7の内部を温めることで、圧電振動子2を間接的に温めるヒータ部3、及びこのヒータ部3から圧電振動子2に対して放出される熱量を制御し、圧電振動子2の温度を制御する温度制御部4が設けられている。このヒータ部3は、上述したように、トランジスタ32とヒータ抵抗31とからなる。なお、本実施の形態では、ヒータ抵抗31として、チップ抵抗等(なお、チップ抵抗に限らず、膜抵抗体であってもよい)が用いられている。   On the other main surface 81 of the substrate 8, as shown in FIGS. 4 and 6, a heater unit 3 that indirectly warms the piezoelectric vibrator 2 by heating the inside of the thermostatic chamber 7, and a piezoelectric element from the heater unit 3. A temperature control unit 4 that controls the amount of heat released to the vibrator 2 and controls the temperature of the piezoelectric vibrator 2 is provided. As described above, the heater unit 3 includes the transistor 32 and the heater resistor 31. In the present embodiment, a chip resistor or the like (not limited to the chip resistor may be a film resistor) is used as the heater resistor 31.

また、基板8には、恒温部71上の基板8の一主面80から恒温部71に貫通する複数のビアホール(図示省略)が形成されている。ビアホールは、このビアホールを介して、ヒータ部3が恒温部71に接続され、ヒータ部3による熱が恒温部71に伝わる。また、基板8の平面視外周に一主面80から他主面81にかけて貫通する孔85が形成され、図4に示すように孔85に外部リード端子93が挿入される。   The substrate 8 is formed with a plurality of via holes (not shown) penetrating from the main surface 80 of the substrate 8 on the constant temperature portion 71 to the constant temperature portion 71. In the via hole, the heater part 3 is connected to the constant temperature part 71 through the via hole, and heat from the heater part 3 is transmitted to the constant temperature part 71. Further, a hole 85 penetrating from one main surface 80 to the other main surface 81 is formed on the outer periphery in plan view of the substrate 8, and an external lead terminal 93 is inserted into the hole 85 as shown in FIG. 4.

この圧電発振器1では、恒温部71と金属ケース72によって恒温槽7が構成される。恒温槽7内では、基板8の一主面に配された圧電振動子2と発振回路6aとが封止され、圧電振動子2が所定温度に保たれる。   In the piezoelectric oscillator 1, the thermostatic chamber 7 is configured by the thermostatic portion 71 and the metal case 72. In the thermostatic chamber 7, the piezoelectric vibrator 2 and the oscillation circuit 6a disposed on one main surface of the substrate 8 are sealed, and the piezoelectric vibrator 2 is maintained at a predetermined temperature.

また、図4に示すように、恒温槽7の外側にヒータ部3(トランジスタ32及びヒータ抵抗31)と1次補償用センサ52とが配され、恒温槽7の内側に、温度制御用センサ41と2次補償用センサ51とが配されている。本構造例においては、図4及び図6に示すように、温度制御用センサ41は、圧電振動子2のキャップ24と対向する位置に設けられ、2次補償用センサ51は、基板8を介してトランジスタ32と対向する位置に設けられている。そして、1次補償用センサ52は、ヒータ部3から放出される熱の影響を受け難い、恒温槽7の外側のヒータ部3から離れた位置に設けられている。   Further, as shown in FIG. 4, the heater unit 3 (the transistor 32 and the heater resistor 31) and the primary compensation sensor 52 are arranged outside the thermostat 7, and the temperature control sensor 41 is arranged inside the thermostat 7. And a secondary compensation sensor 51 are arranged. In this structure example, as shown in FIGS. 4 and 6, the temperature control sensor 41 is provided at a position facing the cap 24 of the piezoelectric vibrator 2, and the secondary compensation sensor 51 is interposed via the substrate 8. And provided at a position facing the transistor 32. The primary compensation sensor 52 is provided at a position that is not easily affected by the heat released from the heater unit 3 and is away from the heater unit 3 outside the thermostat 7.

上記したような構造例1によれば、恒温槽7が金属ケース(恒温ケース)72と恒温部71とから構成されるので、恒温槽7を設けたことによる大型化や製造コストの高騰を最小限に抑えることができる。また、発振部(圧電振動子2及び発振回路6a)を封止する金属ケース72が基板8の一主面80に設けられ、恒温部71と金属ケース72とによって発振部が封止されるので、恒温槽7を別途設ける場合と比べて、本体筐体9を低背化や小型化することができる。   According to the structure example 1 as described above, the thermostat 7 is composed of the metal case (constant thermostat) 72 and the thermostat 71, so that the increase in size and the increase in manufacturing cost due to the provision of the thermostat 7 are minimized. To the limit. In addition, a metal case 72 that seals the oscillating portion (the piezoelectric vibrator 2 and the oscillating circuit 6 a) is provided on one main surface 80 of the substrate 8, and the oscillating portion is sealed by the constant temperature portion 71 and the metal case 72. Compared with the case where the thermostat 7 is provided separately, the main body housing 9 can be reduced in height and size.

−圧電発振器の電気的構成例1−
次に、本発明の実施の形態1に係る圧電発振器1の電気的構成の一例について図8を参照しつつ説明する。
-Electrical configuration example of piezoelectric oscillator 1
Next, an example of the electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図8は、本発明の実施の形態1に係る圧電発振器1の電気的構成の一例を示す回路図である。   FIG. 8 is a circuit diagram showing an example of the electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment of the present invention.

図8に示す圧電発振器1では、周波数制御回路5により、2次補償用センサ51でトランジスタ32の温度変化を測定するとともに、1次補償用センサ52で周囲温度の変化を測定し、これらの測定結果に従って、圧電振動子2の周波数を制御している。   In the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8, the frequency control circuit 5 measures the temperature change of the transistor 32 with the secondary compensation sensor 51, and measures the ambient temperature change with the primary compensation sensor 52. According to the result, the frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled.

図8に示すように、周波数制御回路5は、発振回路6a及び圧電振動子2とともに発振部6を構成している。さらに、周波数制御回路5は、2次補償用センサ51と、1次補償用センサ52と、抵抗53,54,55,56と、バリキャップダイオード57とから構成されている。なお、図1では、便宜上、2次補償用センサ51と、1次補償用センサ52を周波数制御回路5とは別に記載している。   As shown in FIG. 8, the frequency control circuit 5 constitutes the oscillation unit 6 together with the oscillation circuit 6 a and the piezoelectric vibrator 2. Further, the frequency control circuit 5 includes a secondary compensation sensor 51, a primary compensation sensor 52, resistors 53, 54, 55 and 56, and a varicap diode 57. In FIG. 1, for convenience, the secondary compensation sensor 51 and the primary compensation sensor 52 are illustrated separately from the frequency control circuit 5.

また、温度制御部4は、集積回路素子で構成されたオペアンプ46と、抵抗42,43,44,45とから構成されている。   The temperature control unit 4 includes an operational amplifier 46 formed of integrated circuit elements and resistors 42, 43, 44, and 45.

図8に示す圧電発振器1の電気的構成をより詳細に説明すると、ヒータ抵抗31の一端子とトランジスタ32のコレクタ端子とが直列に接続されている。ここで、ヒータ抵抗31の他端子は電源電圧(Vcc)に接続されており、トランジスタ32のエミッタ端子は接地されている。   The electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 will be described in more detail. One terminal of the heater resistor 31 and the collector terminal of the transistor 32 are connected in series. Here, the other terminal of the heater resistor 31 is connected to the power supply voltage (Vcc), and the emitter terminal of the transistor 32 is grounded.

そして、このトランジスタ32の温度変化を測定する2次補償用センサ51の一端子には、抵抗53の一端子が接続されている。さらに、2次補償用センサ51の他端子は、電源回路を介して電源電圧に接続されている。なお、2次補償用センサ51は、温度によって抵抗値が変化する感温素子(例えば、サーミスタ)であり、図8では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。   One terminal of the resistor 53 is connected to one terminal of the secondary compensation sensor 51 that measures the temperature change of the transistor 32. Further, the other terminal of the secondary compensation sensor 51 is connected to a power supply voltage via a power supply circuit. The secondary compensation sensor 51 is a temperature-sensitive element (for example, a thermistor) whose resistance value varies with temperature. In FIG. 8, the resistance value increases as the temperature decreases, and the resistance value decreases as the temperature increases. A temperature sensitive element is used.

また、周囲温度の変化を測定する1次補償用センサ52の一端子には、抵抗54の一端子が接続されている。さらに、1次補償用センサ52の他端子は、電源回路を介して電源回路に接続されている。なお、1次補償用センサ52は、温度によって抵抗値が変化する感温素子(例えば、サーミスタ)であり、図8では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。   In addition, one terminal of the resistor 54 is connected to one terminal of the primary compensation sensor 52 that measures a change in ambient temperature. Further, the other terminal of the primary compensation sensor 52 is connected to the power supply circuit via the power supply circuit. The primary compensation sensor 52 is a temperature-sensitive element (for example, a thermistor) whose resistance value varies with temperature. In FIG. 8, the resistance value increases as the temperature decreases, and the resistance value decreases as the temperature increases. A temperature sensitive element is used.

そして、抵抗53の他端子と抵抗54の他端子とが接続され、これらの接続点aが、直列に接続された圧電振動子2の一端子とバリキャップダイオード57のカソード端子との接続点bに接続されている。また、接続点bには、抵抗55の一端子が接続されており、この抵抗55の他端子は接地されている。さらに、バリキャップダイオード57のアノード端子には抵抗56の一端子が接続されており、この抵抗56の他端子は接地されている。   The other terminal of the resistor 53 and the other terminal of the resistor 54 are connected, and the connection point a is a connection point b between one terminal of the piezoelectric vibrator 2 connected in series and the cathode terminal of the varicap diode 57. It is connected to the. Further, one terminal of the resistor 55 is connected to the connection point b, and the other terminal of the resistor 55 is grounded. Further, one terminal of the resistor 56 is connected to the anode terminal of the varicap diode 57, and the other terminal of the resistor 56 is grounded.

また、発振回路6aの一端子には、圧電振動子2の他端子が接続されており、発振回路6aの他端子には、バリキャップダイオード57のアノード端子と抵抗56との接続点cが接続されている。   The other terminal of the piezoelectric vibrator 2 is connected to one terminal of the oscillation circuit 6a, and the connection point c between the anode terminal of the varicap diode 57 and the resistor 56 is connected to the other terminal of the oscillation circuit 6a. Has been.

温度制御用センサ41の一端子は、オペアンプ46の非反転入力端子に接続されている。さらに、温度制御用センサ41とオペアンプ46との接続点dには、抵抗44の一端子が接続されており、この抵抗44の他端子は電源回路を介して電源電圧に接続されている。さらに、温度制御用センサ41の他端子は接地されている。なお、温度制御用センサ41は、温度によって抵抗値が変化する感温素子(例えば、サーミスタ)であり、図8では、温度が低くなると抵抗値が大きくなり、温度が高くなると抵抗値が小さくなる感温素子が用いられている。   One terminal of the temperature control sensor 41 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 46. Furthermore, one terminal of a resistor 44 is connected to a connection point d between the temperature control sensor 41 and the operational amplifier 46, and the other terminal of the resistor 44 is connected to a power supply voltage via a power supply circuit. Further, the other terminal of the temperature control sensor 41 is grounded. The temperature control sensor 41 is a temperature-sensitive element (for example, a thermistor) whose resistance value varies with temperature. In FIG. 8, the resistance value increases as the temperature decreases, and the resistance value decreases as the temperature increases. A temperature sensitive element is used.

また、直列に接続された抵抗42,43の接続点eは、オペアンプ46の反転入力端子に接続されている。さらに、抵抗42の他端子は、電源回路を介して電源電圧に接続されており、抵抗43の他端子は接地されている。   The connection point e between the resistors 42 and 43 connected in series is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 46. Furthermore, the other terminal of the resistor 42 is connected to the power supply voltage via the power supply circuit, and the other terminal of the resistor 43 is grounded.

そして、オペアンプ46の反転入力端子と接続点eとの間の接続点fには、抵抗45の一端子が接続されており、この抵抗45の他端子はオペアンプ46の出力端子に接続されている。さらに、オペアンプ46の出力端子と抵抗45との接続点gは、抵抗47を介してトランジスタ32のベースに接続されている。   One terminal of the resistor 45 is connected to the connection point f between the inverting input terminal of the operational amplifier 46 and the connection point e, and the other terminal of the resistor 45 is connected to the output terminal of the operational amplifier 46. . Further, a connection point g between the output terminal of the operational amplifier 46 and the resistor 45 is connected to the base of the transistor 32 via the resistor 47.

上記したような電気的構成によれば、例えば、圧電振動子2付近の温度が低くなると温度制御用センサ41の抵抗値が大きくなって温度制御用センサ41の端子間電圧が大きくなり、オペアンプ46の出力電圧が大きくなる。これにより、オペアンプ46の出力電流が増大し、トランジスタ32のコレクタ電流が増大してヒータ抵抗31を流れる電流が増え、ヒータ抵抗31の発熱量が大きくなる。そのため、圧電振動子2付近の温度が低くなると、ヒータ抵抗31の発熱量が大きくなって圧電振動子2をより急速に温めることができる。   According to the electrical configuration as described above, for example, when the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 decreases, the resistance value of the temperature control sensor 41 increases and the voltage between the terminals of the temperature control sensor 41 increases. Output voltage increases. As a result, the output current of the operational amplifier 46 increases, the collector current of the transistor 32 increases, the current flowing through the heater resistor 31 increases, and the amount of heat generated by the heater resistor 31 increases. Therefore, when the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 decreases, the amount of heat generated by the heater resistor 31 increases and the piezoelectric vibrator 2 can be warmed more rapidly.

また、例えば、圧電振動子2付近の温度が高くなると温度制御用センサ41の抵抗値が小さくなって温度制御用センサ41の端子間電圧が小さくなり、オペアンプ46の出力電圧が小さくなる。これにより、オペアンプ46の出力電流が減少し、トランジスタ32のコレクタ電流が減少してヒータ抵抗31を流れる電流が減り、ヒータ抵抗31の発熱量が小さくなる。そのため、圧電振動子2付近の温度が高くなると、ヒータ抵抗31の発熱量が小さくなって圧電振動子2を緩やかに温めることができる。   For example, when the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 increases, the resistance value of the temperature control sensor 41 decreases, the voltage between the terminals of the temperature control sensor 41 decreases, and the output voltage of the operational amplifier 46 decreases. As a result, the output current of the operational amplifier 46 decreases, the collector current of the transistor 32 decreases, the current flowing through the heater resistor 31 decreases, and the amount of heat generated by the heater resistor 31 decreases. Therefore, when the temperature in the vicinity of the piezoelectric vibrator 2 increases, the amount of heat generated by the heater resistor 31 decreases and the piezoelectric vibrator 2 can be warmed gently.

温度制御用センサ41、温度制御部4及びヒータ部3において、このような動作が実施されることにより、圧電振動子2の温度は一定の温度になり、圧電振動子2は、発振回路6aにより印加した電圧に従って安定した周波数で発振する。   By performing such operations in the temperature control sensor 41, the temperature control unit 4, and the heater unit 3, the temperature of the piezoelectric vibrator 2 becomes a constant temperature, and the piezoelectric vibrator 2 is moved by the oscillation circuit 6a. Oscillates at a stable frequency according to the applied voltage.

さらに、図8に示す圧電発振器1では、温度制御用センサ41、温度制御部4及びヒータ部3において圧電振動子2の温度を制御するだけでなく、2次補償用センサ51でトランジスタ32の温度変化を測定し、1次補償用センサ52で周囲温度の変化を測定する。そして、周波数制御回路5により、2次補償用センサ51及び1次補償用センサ52での測定結果に基づいて圧電振動子2の周波数を制御する。   Further, in the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8, not only the temperature of the piezoelectric vibrator 2 is controlled by the temperature control sensor 41, the temperature control unit 4 and the heater unit 3, but also the temperature of the transistor 32 is controlled by the secondary compensation sensor 51. The change is measured, and the change in ambient temperature is measured by the primary compensation sensor 52. The frequency control circuit 5 controls the frequency of the piezoelectric vibrator 2 based on the measurement results obtained by the secondary compensation sensor 51 and the primary compensation sensor 52.

図9は、図8に示す圧電発振器1の周波数温度特性の一例を示すグラフであり、縦軸は周波数偏差(ppb)、横軸は周囲温度(℃)を示す。なお、図9には、図8に示す圧電発振器1の周波数温度特性L6とともに、図8中の2次補償用センサ51、1次補償用センサ52、及び抵抗53,54が無い場合(即ち、周波数制御回路5による制御を行わない場合)の周波数温度特性L7も示す。   FIG. 9 is a graph showing an example of frequency temperature characteristics of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8, where the vertical axis represents frequency deviation (ppb) and the horizontal axis represents ambient temperature (° C.). FIG. 9 shows the case where the secondary temperature compensation sensor 51, the primary compensation sensor 52, and the resistors 53 and 54 in FIG. 8 are not included (ie, the frequency temperature characteristic L6 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8). The frequency temperature characteristic L7 is also shown when the control by the frequency control circuit 5 is not performed.

図10は、図8に示す圧電発振器1の周波数制御回路5の接続点aにおける電圧と周囲温度との関係L8を示すグラフである。また、図11は、図8に示す圧電発振器1の周波数制御回路5の2次補償用回路5aにより発生する電圧(即ち、1次補償用センサ52と抵抗54とが無い場合の接続点aにおける電圧)と周囲温度との関係L9を示すグラフである。さらに、図12は、図8に示す圧電発振器1の周波数制御回路5の1次補償用回路5bにより発生する電圧(即ち、2次補償用センサ51と抵抗53とが無い場合の接続点aにおける電圧)と周囲温度との関係L10を示す。なお、図10〜図12において、縦軸は電圧(V)、横軸は周囲温度(℃)を示す。   FIG. 10 is a graph showing a relationship L8 between the voltage and the ambient temperature at the connection point a of the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 11 shows the voltage generated by the secondary compensation circuit 5a of the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 (that is, at the connection point a when the primary compensation sensor 52 and the resistor 54 are not provided). It is a graph which shows the relationship L9 of voltage) and ambient temperature. Further, FIG. 12 shows the voltage generated by the primary compensation circuit 5b of the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 (that is, at the connection point a when there is no secondary compensation sensor 51 and resistor 53). The relationship L10 between the voltage and the ambient temperature is shown. 10 to 12, the vertical axis represents voltage (V), and the horizontal axis represents ambient temperature (° C.).

図9のL7に示すように、2次補償用センサ51、1次補償用センサ52、及び抵抗53,54が無い場合(周波数制御回路5による制御を行わない場合)、図8に示す圧電発振器1は、約−25℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の変化に伴って2次関数的に周波数偏差が変動しており、周囲温度が約35℃のときに周波数偏差が最小となる。   When there is no secondary compensation sensor 51, primary compensation sensor 52, and resistors 53 and 54 (when control by the frequency control circuit 5 is not performed) as shown by L7 in FIG. 9, the piezoelectric oscillator shown in FIG. 1 has a frequency deviation that is quadratic with a change in ambient temperature in a range of about −25 ° C. to about 75 ° C., and the frequency deviation is minimum when the ambient temperature is about 35 ° C. .

図8に示す圧電発振器1では、図10のL8に示すように、周波数制御回路5により、周囲温度の変化に対して、図9のL7に示す周波数温度特性とはほぼ逆向きの特性を有するように(即ち、約−25℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の変化に対して2次関数的に変化し、約35℃付近で最大となるように)、接続点aの電圧を制御して、バリキャップダイオード57の容量を変化させる。   In the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8, as shown by L8 in FIG. 10, the frequency control circuit 5 has characteristics almost opposite to the frequency temperature characteristics shown in L7 in FIG. (Ie, in a range of about −25 ° C. to about 75 ° C., so that it changes in a quadratic function with respect to a change in ambient temperature and becomes a maximum around 35 ° C.) By controlling, the capacitance of the varicap diode 57 is changed.

具体的には、周囲温度が変化すると、周波数制御回路5の2次補償用センサ51及び抵抗53で構成された2次補償用回路部5aでは、トランジスタ32の温度変化に基づいて2次補償用センサ51の抵抗値が2次関数的に変化し、図11のL9に示すような周囲温度の変化に対して2次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、2次補償用センサ51での測定結果に基づいて、図9のL7に示す周波数温度特性の2次成分を補償する電圧が発生する。   Specifically, when the ambient temperature changes, the secondary compensation circuit unit 5a including the secondary compensation sensor 51 and the resistor 53 of the frequency control circuit 5 performs secondary compensation based on the temperature change of the transistor 32. The resistance value of the sensor 51 changes in a quadratic function, and a voltage that changes in a quadratic function with respect to the change in ambient temperature as shown by L9 in FIG. 11 is generated. That is, based on the measurement result of the secondary compensation sensor 51, a voltage for compensating the secondary component of the frequency temperature characteristic indicated by L7 in FIG. 9 is generated.

これと同時に、周波数制御回路5の1次補償用センサ52及び抵抗54で構成された1次補償用回路部5bでは、周囲温度の変化に基づいて1次補償用センサ52の抵抗値が1次関数的に変化し、図12のL10に示すような周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、1次補償用センサ52での測定結果に基づいて、図9のL7に示す周波数温度特性の1次成分を補償する電圧が発生する。   At the same time, in the primary compensation circuit unit 5b configured by the primary compensation sensor 52 and the resistor 54 of the frequency control circuit 5, the resistance value of the primary compensation sensor 52 is primary based on the change in ambient temperature. A voltage that varies functionally and varies linearly with a change in ambient temperature as indicated by L10 in FIG. 12 is generated. That is, based on the measurement result of the primary compensation sensor 52, a voltage for compensating the primary component of the frequency temperature characteristic indicated by L7 in FIG. 9 is generated.

そして、2次補償用回路部5aで発生した電圧と1次補償用回路部5bで発生した電圧とを合算し、接続点aにおいて、図10のL8に示すような、周囲温度に対して、周波数の温度特性L7とはほぼ逆向きの温度特性を示す制御電圧を発生させて、バリキャップダイオード57の容量を変化させている。   Then, the voltage generated in the secondary compensation circuit unit 5a and the voltage generated in the primary compensation circuit unit 5b are added together, and at the connection point a, the ambient temperature as indicated by L8 in FIG. A control voltage having a temperature characteristic almost opposite to the frequency temperature characteristic L7 is generated to change the capacitance of the varicap diode 57.

図8に示す圧電発振器1は、温度制御部4と恒温槽7とを備えて、周囲温度の影響を受け難い構成とされている上に、周波数制御回路5において上記したような動作を行うことにより、周囲温度の変化に応じてバリキャップダイオード57の容量を変化させて、圧電振動子2の周波数を制御し、圧電発振器1の周波数温度特性を調整している。そのため、図9中にL6で示すように、2次補償用センサ52、1次補償用センサ51、及び抵抗53,54が無い場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。即ち、周囲温度の変化に対する周波数の変動を少なくすることができる。   The piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 includes a temperature control unit 4 and a constant temperature bath 7 and is configured not to be affected by the ambient temperature, and performs the operation as described above in the frequency control circuit 5. Thus, the capacitance of the varicap diode 57 is changed in accordance with the change in the ambient temperature, the frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled, and the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 is adjusted. Therefore, as indicated by L6 in FIG. 9, the frequency deviation can be made substantially constant as compared with the case where the secondary compensation sensor 52, the primary compensation sensor 51, and the resistors 53 and 54 are not provided. That is, it is possible to reduce frequency fluctuations with respect to changes in ambient temperature.

また、図8に示す圧電発振器1の周波数制御回路5では、周囲温度の変化に対して2次関数的に変化するヒータ部3のトランジスタ32の温度変化と、周囲温度の変化とを利用して圧電振動子2の周波数の制御を行っており、比較的簡単な回路構成で、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分と2次成分とを補償することができる。   Further, the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 uses the temperature change of the transistor 32 of the heater unit 3 that changes in a quadratic function with respect to the change in the ambient temperature and the change in the ambient temperature. The frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled, and the primary component and the secondary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 can be compensated with a relatively simple circuit configuration.

<実施の形態2>
図13は、本発明の実施の形態2に係る圧電発振器1を示すブロック図である。
<Embodiment 2>
FIG. 13 is a block diagram showing the piezoelectric oscillator 1 according to Embodiment 2 of the present invention.

本実施の形態に係る圧電発振器1の基本構成は、実施の形態1に係る圧電発振器1とほぼ同様の構成となっており、以下、実施の形態1に係る圧電発振器1と異なる点についてのみ説明する。   The basic configuration of the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is substantially the same as that of the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment, and only differences from the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment will be described below. To do.

本実施の形態に係る圧電発振器1では、ヒータ部3は、ダーリントン接続された一対のトランジスタ33,34と、ヒータ抵抗31とにより構成されている(後述する図15参照)。   In the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment, the heater unit 3 includes a pair of transistors 33 and 34 that are Darlington-connected and a heater resistor 31 (see FIG. 15 described later).

ヒータ部3の消費電力と周囲温度との関係は、図2に示した実施の形態1に係る圧電発振器1におけるヒータ部3の消費電力と周囲温度との関係とほぼ同じである。   The relationship between the power consumption of the heater unit 3 and the ambient temperature is substantially the same as the relationship between the power consumption of the heater unit 3 and the ambient temperature in the piezoelectric oscillator 1 according to Embodiment 1 shown in FIG.

つまり、温度制御用センサ41で測定する圧電振動子2の温度がほぼ一定に制御されている場合、ダーリントン接続された一対のトランジスタ33,34は、それぞれ、約−40℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の変化に対して消費電力が2次関数的に変動する。そして、ヒータ部3全体の消費電力(即ち、トランジスタ33,34及びヒータ抵抗31の消費電力の合計)は、約−40℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の上昇に比例して減少し、周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する。   That is, when the temperature of the piezoelectric vibrator 2 measured by the temperature control sensor 41 is controlled to be substantially constant, the pair of transistors 33 and 34 connected in Darlington range from about −40 ° C. to about 75 ° C., respectively. The power consumption fluctuates in a quadratic function with respect to changes in ambient temperature. The power consumption of the entire heater unit 3 (that is, the total power consumption of the transistors 33 and 34 and the heater resistor 31) decreases in proportion to the increase in ambient temperature in the range of about −40 ° C. to about 75 ° C. Fluctuates linearly with changes in ambient temperature.

このため、本実施の形態に係る圧電発振器1において、2次補償用センサ51は、一対のトランジスタ33,34の一方の近傍に配置されており、この2次補償用センサ51で測定される温度も、実施の形態1に係る2次補償用センサ51と同様に、周囲温度の変化に対して2次関数的に変動する。   For this reason, in the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment, the secondary compensation sensor 51 is disposed in the vicinity of one of the pair of transistors 33 and 34, and the temperature measured by the secondary compensation sensor 51. Similarly to the secondary compensation sensor 51 according to the first embodiment, it also fluctuates in a quadratic function with respect to a change in ambient temperature.

また、ヒータ部3の電流は、図2中のL1に示す消費電力の変化と同様に、周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する。   Further, the current of the heater unit 3 varies in a linear function with respect to the change in the ambient temperature, similarly to the change in the power consumption indicated by L1 in FIG.

そこで、本実施の形態の圧電発振器1では、周波数制御回路5により、以下の周波数制御方法が実施されている。   Therefore, in the piezoelectric oscillator 1 of the present embodiment, the frequency control circuit 5 implements the following frequency control method.

つまり、本実施の形態の圧電発振器1は、2次補償用センサ51により、ヒータ部3を構成する複数の素子(ヒータ抵抗31及びトランジスタ33,34)のうち圧電発振器1の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子(トランジスタ33)の温度変化を測定する(素子温度測定ステップ)。そして、周波数制御回路5により、素子温度測定ステップでの測定結果と、圧電発振器1の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動するヒータ部3の電流の変化とに基づいて、圧電振動子2の周波数を制御する(周波数制御ステップ)。   That is, the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is configured to change the temperature around the piezoelectric oscillator 1 among the plurality of elements (the heater resistor 31 and the transistors 33 and 34) constituting the heater unit 3 by the secondary compensation sensor 51. On the other hand, the temperature change of one element (transistor 33) whose power consumption fluctuates in a quadratic function is measured (element temperature measurement step). The frequency control circuit 5 performs piezoelectric vibration based on the measurement result in the element temperature measurement step and the change in the current of the heater unit 3 that varies in a linear function with respect to the temperature change around the piezoelectric oscillator 1. The frequency of the child 2 is controlled (frequency control step).

より具体的には、周波数制御回路5は、周囲温度の変化に対して2次関数的に変動するトランジスタ33の温度変化を利用して、圧電発振器1の周波数温度特性の2次成分を補償する制御電圧を発生させると同時に、周囲温度の変化に対して1次関数的に変動するヒータ部3の電流の変化を利用して圧電振動子の周波数温度特性の1次成分を補償する制御電圧を発生させて、圧電振動子2の周波数を制御している。   More specifically, the frequency control circuit 5 compensates for the secondary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 by using the temperature change of the transistor 33 that varies in a quadratic function with respect to the change in ambient temperature. At the same time as generating the control voltage, the control voltage for compensating the primary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric vibrator by utilizing the change in the current of the heater unit 3 that fluctuates in a linear function with the change in the ambient temperature. The frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled by being generated.

このようにして圧電振動子2の周波数の制御を行うことで、本実施の形態2に係る圧電発振器1は、実施の形態1と同様に、周囲温度の変化による周波数の変動が少なく抑えられている。また、実施の形態1と比べ、1次補償用センサ52を設ける必要がないことから、部品数が少なく、圧電発振器1をより小型化することが可能な構成とされている。   By controlling the frequency of the piezoelectric vibrator 2 in this way, the piezoelectric oscillator 1 according to the second embodiment can suppress the frequency fluctuation due to the change in the ambient temperature as in the first embodiment. Yes. Further, since it is not necessary to provide the primary compensation sensor 52 as compared with the first embodiment, the number of components is small, and the piezoelectric oscillator 1 can be further downsized.

−圧電発振器の構造例2−
次に、本発明の実施の形態2に係る圧電発振器1の構造の一例を、図14及び図15を参照しつつ説明する。
-Structural example of piezoelectric oscillator 2-
Next, an example of the structure of the piezoelectric oscillator 1 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図14は、本発明の実施の形態2に係る圧電発振器1の構造の一例を示す透視図であり、図15は、図14に示す圧電発振器1を構成する基板8と、その基板8上におけるヒータ部3、温度制御用センサ41及び2次補償用センサ51の位置関係を示す概略平面図である。   FIG. 14 is a perspective view showing an example of the structure of the piezoelectric oscillator 1 according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 15 shows the substrate 8 constituting the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 3 is a schematic plan view showing a positional relationship among a heater unit 3, a temperature control sensor 41, and a secondary compensation sensor 51. FIG.

本実施の形態に係る圧電発振器1の構造例2は、上記した実施の形態1に係る圧電発振器1の構造例1とほぼ同様であり、以下、構造例1と異なる点についてのみ説明する。   The structural example 2 of the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment is substantially the same as the structural example 1 of the piezoelectric oscillator 1 according to the above-described first embodiment, and only differences from the structural example 1 will be described below.

本構造例では、ヒータ部3は、図15に示すように、ダーリントン接続された一対のトランジスタ33,34と、ヒータ抵抗31とにより構成されている。   In the present structural example, the heater section 3 includes a pair of transistors 33 and 34 that are Darlington-connected and a heater resistor 31, as shown in FIG.

そして、2次補償用センサ51は、ヒータ部3の片方のトランジスタ33の近傍に配置されている。具体的には、2次補償用センサ51は、恒温槽7の内部に設けられており、基板8の一主面80において、トランジスタ33と基板8を介して対向する位置に設けられている。なお、本構造例2において、2次補償用センサ51は、トランジスタ33の近傍に設けられているが、トランジスタ34の近傍に設けられていてもよい。   The secondary compensation sensor 51 is disposed in the vicinity of one transistor 33 of the heater unit 3. Specifically, the secondary compensation sensor 51 is provided inside the thermostatic chamber 7, and is provided at a position facing the transistor 33 and the substrate 8 on one main surface 80 of the substrate 8. In the second structural example, the secondary compensation sensor 51 is provided in the vicinity of the transistor 33, but may be provided in the vicinity of the transistor 34.

また、本構造例2では、図4に示す圧電発振器1で設けられていた1次補償用センサ52が省略されている。   In the second structural example, the primary compensation sensor 52 provided in the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 4 is omitted.

−圧電発振器の電気的構成例2−
次に、本発明の実施の形態2に係る圧電発振器1の電気的構成の一例について図16を参照しつつ説明する。
-Electrical configuration example of piezoelectric oscillator 2-
Next, an example of the electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図16は、本発明の実施の形態2係る圧電発振器1の電気的構成の一例を示す回路図である。   FIG. 16 is a circuit diagram showing an example of the electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 according to the second embodiment of the present invention.

本実施の形態に係る圧電発振器1の電気的構成例2は、実施の形態1に係る圧電発振器1の電気的構成例1とほぼ同様の構成となっており、以下、電気的構成例1と異なる点についてのみ説明する。   The electrical configuration example 2 of the piezoelectric oscillator 1 according to the present embodiment has substantially the same configuration as the electrical configuration example 1 of the piezoelectric oscillator 1 according to the first embodiment. Only the differences will be described.

図16に示す圧電発振器1の電気的構成は、図8に示す圧電発振器1の電気的構成(電気的構成例1)と、ヒータ部3及び周波数制御回路5の構成が異なっている。   The electrical configuration of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16 is different from the electrical configuration (electrical configuration example 1) of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8 in the configurations of the heater unit 3 and the frequency control circuit 5.

つまり、図16に示す圧電発振器1では、オペアンプ46の出力端子と抵抗45との接続点gは、抵抗47を介してトランジスタ34のベースに接続されている。そして、このトランジスタ34は、エミッタ端子がトランジスタ33のベースに接続され、コレクタ端子がトランジスタ33のコレクタ端子に接続されている。つまり、トランジスタ33,34はダーリントン接続されている。そして、トランジスタ34のコレクタ端子とトランジスタ33のコレクタ端子との接続点hがヒータ抵抗31の一端子に接続されている。また、ヒータ抵抗31の他端子は電源電圧(Vcc)に接続され、トランジスタ33のエミッタ端子は、接地されている。   That is, in the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16, the connection point g between the output terminal of the operational amplifier 46 and the resistor 45 is connected to the base of the transistor 34 via the resistor 47. The transistor 34 has an emitter terminal connected to the base of the transistor 33 and a collector terminal connected to the collector terminal of the transistor 33. That is, the transistors 33 and 34 are Darlington connected. A connection point h between the collector terminal of the transistor 34 and the collector terminal of the transistor 33 is connected to one terminal of the heater resistor 31. The other terminal of the heater resistor 31 is connected to the power supply voltage (Vcc), and the emitter terminal of the transistor 33 is grounded.

上記したような電気的構成によれば、上記した電気的構成例1と比べて、オペアンプ46の出力電圧の増減に伴うヒータ抵抗31を流れる電流の増減の度合を、ダーリントン接続された一対のトランジスタ33,34により増幅させることができるから、より精度よく圧電振動子2の温度制御を行うことが可能となる。   According to the electrical configuration as described above, compared to the electrical configuration example 1 described above, the degree of increase / decrease in the current flowing through the heater resistor 31 accompanying the increase / decrease in the output voltage of the operational amplifier 46 is determined by a pair of transistors connected in Darlington Since it can be amplified by 33 and 34, it becomes possible to control the temperature of the piezoelectric vibrator 2 with higher accuracy.

また、図16の圧電発振器1の周波数制御回路5では、周波数制御回路5が、2次補償用センサ51と、抵抗53,55,56,58と、バリキャップダイオード57とから構成されている。   In the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16, the frequency control circuit 5 includes a secondary compensation sensor 51, resistors 53, 55, 56, 58, and a varicap diode 57.

つまり、トランジスタ33の温度変化を測定する2次補償用センサ51の一端子に、抵抗53の一端子が接続され、この抵抗53の他端子が抵抗58の一端子に接続されている 。そして、抵抗58の他端子が、ダーリントン接続された一対のトランジスタ33,34とヒータ抵抗31との接続点iに接続されている。   That is, one terminal of the resistor 53 is connected to one terminal of the secondary compensation sensor 51 that measures the temperature change of the transistor 33, and the other terminal of the resistor 53 is connected to one terminal of the resistor 58. The other terminal of the resistor 58 is connected to a connection point i between the pair of transistors 33 and 34 and the heater resistor 31 that are Darlington-connected.

また、抵抗53,58の接続点jは、抵抗55の一端子に接続され、さらに、この接続点kが、直列に接続された圧電振動子2の一端子とバリキャップダイオード57のカソード端子との接続点bに接続されている。また、抵抗55の他端子は接地されている。さらに、バリキャップダイオード57のアノード端子には抵抗56の一端子が接続されており、この抵抗56の他端子は接地されている。   The connection point j of the resistors 53 and 58 is connected to one terminal of the resistor 55. Further, the connection point k is connected to one terminal of the piezoelectric vibrator 2 connected in series and the cathode terminal of the varicap diode 57. Are connected to the connection point b. The other terminal of the resistor 55 is grounded. Further, one terminal of the resistor 56 is connected to the anode terminal of the varicap diode 57, and the other terminal of the resistor 56 is grounded.

図16に示す圧電発振器1では、図8に示す圧電発振器1と同様に、周波数制御回路5により、周囲温度の変化に対して、図9のL7に示す周波数の温度特性とはほぼ逆向きの特性を有するように(即ち、約−25℃〜約75℃の範囲において、周囲温度の変化に対して2次関数的に変化し、約35℃付近で最大となるように)、接続点jの電圧を制御して、バリキャップダイオード57の容量を変化させている。   In the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16, as with the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 8, the frequency control circuit 5 causes the frequency characteristic indicated by L <b> 7 in FIG. The junction point j has a characteristic (ie, changes in a quadratic function with respect to a change in ambient temperature in the range of about −25 ° C. to about 75 ° C., and becomes maximum at about 35 ° C.). Is controlled to change the capacitance of the varicap diode 57.

具体的には、周囲温度が変化すると、周波数制御回路5の2次補償用センサ51及び抵抗53で構成された2次補償用回路部5aでは、トランジスタ33の温度に基づいて2次補償用センサ51の抵抗値が変化し、図11のL9に示すような周囲温度の変化に対して2次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、2次補償用センサ51での測定結果に基づいて、図9のL7に示す周波数温度特性の2次成分を補償する電圧が発生する。   Specifically, when the ambient temperature changes, in the secondary compensation circuit unit 5 a configured by the secondary compensation sensor 51 of the frequency control circuit 5 and the resistor 53, the secondary compensation sensor is based on the temperature of the transistor 33. The resistance value 51 changes, and a voltage that varies in a quadratic function with respect to the change in ambient temperature as shown by L9 in FIG. 11 is generated. That is, based on the measurement result of the secondary compensation sensor 51, a voltage for compensating the secondary component of the frequency temperature characteristic indicated by L7 in FIG. 9 is generated.

これと同時に、周波数制御回路5の抵抗58で構成された1次補償用回路部5bでは、周囲温度の変化に対して電流値が1次関数的に変動するヒータ電流により、図12のL10に示すような周囲温度の変化に対して1次関数的に変動する電圧が発生する。即ち、ヒータ電流の変化に基づいて、図9のL7に示す周波数温度特性の1次成分を補償する電圧が発生する。   At the same time, in the primary compensation circuit unit 5b constituted by the resistor 58 of the frequency control circuit 5, the heater current whose current value fluctuates in a linear function with respect to the change in the ambient temperature is changed to L10 in FIG. As shown, a voltage that varies in a linear function is generated with respect to a change in ambient temperature. That is, based on the change in the heater current, a voltage is generated that compensates for the primary component of the frequency temperature characteristic indicated by L7 in FIG.

そして、2次補償用回路部5aで発生した電圧と1次補償用回路部5bで発生した電圧とを合算し、接続点jにおいて、図10のL8に示すような、周囲温度に対して、周波数の温度特性とはほぼ逆向きの温度特性を示す制御電圧を発生させて、バリキャップダイオード57の容量を変化させている。   Then, the voltage generated in the secondary compensation circuit unit 5a and the voltage generated in the primary compensation circuit unit 5b are added together, and at the connection point j, the ambient temperature as indicated by L8 in FIG. A control voltage having a temperature characteristic almost opposite to the temperature characteristic of the frequency is generated to change the capacitance of the varicap diode 57.

図16に示す圧電発振器1は、温度制御部4と恒温槽7とを備えて、周囲温度の影響を受け難い構成とされている上に、周波数制御回路5において上記したような動作を行うことにより、周囲温度の変化に応じてバリキャップダイオード57の容量を変化させて、圧電振動子2の周波数を制御して、圧電発振器1の周波数温度特性を調整している。そのため、図9中にL6で示すように、周波数制御回路5による制御を行わない場合と比較して、周波数偏差を略一定にすることができる。即ち、周囲温度の変化に対する周波数の変動を少なくすることができる。   The piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16 includes a temperature control unit 4 and a constant temperature bath 7 and is configured not to be affected by the ambient temperature, and performs the operation as described above in the frequency control circuit 5. Thus, the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 is adjusted by changing the capacitance of the varicap diode 57 according to the change in the ambient temperature and controlling the frequency of the piezoelectric vibrator 2. Therefore, as indicated by L6 in FIG. 9, the frequency deviation can be made substantially constant as compared with the case where the control by the frequency control circuit 5 is not performed. That is, it is possible to reduce frequency fluctuations with respect to changes in ambient temperature.

また、図16に示す圧電発振器1の周波数制御回路5では、周囲温度の変化に対して2次関数的に変化するヒータ部3のトランジスタ33の温度変化と、ヒータ部3の電流の変化とを利用して圧電振動子2の周波数の制御を行っており、比較的に少ない部品で、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分と2次成分とを補償することができる。   Further, in the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16, the temperature change of the transistor 33 of the heater unit 3 that changes in a quadratic function with respect to the change of the ambient temperature, and the change of the current of the heater unit 3. The frequency of the piezoelectric vibrator 2 is controlled by using it, and the primary and secondary components of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 can be compensated with relatively few parts.

さらに、図16に示す圧電発振器1の周波数制御回路5では、周囲温度の変化に対して1次関数的に変化するヒータ部3の電流の変化に基づいて、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分の補償を行っているため、1次補償用センサを設ける必要がなく、図8に示す圧電発振器1と比べて、少ない部品で、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分を補償することができる。   Further, in the frequency control circuit 5 of the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. 16, the frequency temperature characteristic 1 of the piezoelectric oscillator 1 is changed based on the change in the current of the heater unit 3 that changes in a linear function with respect to the change in the ambient temperature. Since the compensation of the secondary component is performed, it is not necessary to provide a primary compensation sensor, and the primary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 is compensated with fewer parts than the piezoelectric oscillator 1 shown in FIG. be able to.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明に係る圧電発振器において、ヒータ部は、温度制御部により放出される熱量が調整されて、圧電振動子を温めることが可能なものであれば、いずれの素子により構成されるものであってもよく、上記したヒータ抵抗及びトランジスタにより構成されるものに限定されるものではない。また、ヒータ部を構成する素子の数についても、2つ以上であればよく、特に限定されるものではない。   Although the embodiments of the present invention have been described above, in the piezoelectric oscillator according to the present invention, the heater unit is capable of heating the piezoelectric vibrator by adjusting the amount of heat released by the temperature control unit. For example, any element may be used, and the present invention is not limited to the element including the heater resistor and the transistor described above. Further, the number of elements constituting the heater section may be two or more, and is not particularly limited.

また、本発明に係る圧電発振器において、周波数制御回路における周波数の制御に温度変化が利用される素子は、ヒータ部を構成する複数の素子のうちの少なくとも1つであって、且つ周囲温度の変化に対して消費電力が2次関数的に変動する素子であれば、いずれのものであってもよく、上記したトランジスタに限定されるものではない。例えば、ヒータ抵抗であってもよい。   In the piezoelectric oscillator according to the present invention, the element whose temperature change is used for frequency control in the frequency control circuit is at least one of a plurality of elements constituting the heater section, and the ambient temperature change. However, any element may be used as long as the power consumption varies in a quadratic function, and the element is not limited to the above-described transistor. For example, a heater resistor may be used.

また、上記した実施の形態1及び2において、周波数制御回路5は、圧電振動子2の周波数を、周囲温度の変化に対して消費電力が2次関数的に変動するヒータ部3を構成する1つの素子の温度変化とともに、周囲温度の変化又はヒータ部3の電流の変化に基づいて制御する構成とされているが、例えば、恒温槽を備えること等により周囲温度の変化による影響を受け難い構成とされている場合には、周波数制御回路5は、周囲温度の変化に対して消費電力が2次関数的に変動するヒータ部3を構成する1つの素子の温度変化のみに基づいて、周波数を制御してもよい。   In the first and second embodiments described above, the frequency control circuit 5 constitutes the heater unit 3 in which the power consumption of the frequency of the piezoelectric vibrator 2 fluctuates in a quadratic function with respect to a change in ambient temperature. Although it is configured to control based on a change in ambient temperature or a change in current in the heater unit 3 along with a temperature change of one element, for example, a configuration that is not easily affected by a change in ambient temperature by including a thermostatic bath The frequency control circuit 5 sets the frequency based only on the temperature change of one element constituting the heater unit 3 whose power consumption fluctuates in a quadratic function with respect to the change of the ambient temperature. You may control.

また、上記した実施の形態1及び2において、周波数制御回路5は、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分の補償を、1次補償用センサ52で測定された温度又はヒータ部3の電流の変化に基づいて行っているが、1次補償用センサ52で測定された温度及びヒータ部3の電流の変化の両方に基づいて、圧電発振器1の周波数温度特性の1次成分の補償を行ってもよい。   In the first and second embodiments described above, the frequency control circuit 5 compensates the primary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 by the temperature measured by the primary compensation sensor 52 or the current of the heater unit 3. Is compensated for the primary component of the frequency temperature characteristic of the piezoelectric oscillator 1 based on both the temperature measured by the primary compensation sensor 52 and the change in the current of the heater unit 3. May be.

また、上記した実施の形態1及び2の構造例1及び構造例2において、2次補償用センサ51は、トランジスタ32,33と基板8を介して対向する位置に設けられているが、2次補償用センサ51は、トランジスタ32,33の近傍に配されていればよく、例えば、基板8を介さずに、トランジスタ32,33に隣接して2次補償用センサ52が設けられていてもよい。   Further, in the first and second structural examples 1 and 2, the secondary compensation sensor 51 is provided at a position facing the transistors 32 and 33 with the substrate 8 interposed therebetween. The compensation sensor 51 may be disposed in the vicinity of the transistors 32 and 33. For example, the secondary compensation sensor 52 may be provided adjacent to the transistors 32 and 33 without using the substrate 8. .

また、上記した実施の形態1及び2では、恒温槽7を備え、ヒータ部3により恒温槽7の内部を温めることで、圧電振動子2が間接的にヒータ部3により温められる構成とされているが、例えば、周囲温度の変化が少ない環境下で使用される場合には、恒温槽7は設けられていなくてもよく、この場合、圧電振動子2はヒータ部3により直接温められてよい。即ち、本発明に係る圧電発振器は、恒温槽を備えていなくてもよく、また、ヒータ部は圧電振動子を直接的に温めるものであっても、間接的に温めるものであってもよい。   In the first and second embodiments described above, the thermostatic chamber 7 is provided, and by heating the inside of the thermostatic chamber 7 by the heater unit 3, the piezoelectric vibrator 2 is indirectly heated by the heater unit 3. However, for example, when used in an environment where the change in the ambient temperature is small, the thermostatic chamber 7 may not be provided. In this case, the piezoelectric vibrator 2 may be directly heated by the heater unit 3. . That is, the piezoelectric oscillator according to the present invention may not include a thermostatic chamber, and the heater unit may warm the piezoelectric vibrator directly or indirectly.

また、上記した実施の形態1及び2の構造例1及び構造例2において、圧電振動子2を収納する恒温槽7は、金属ケース72(恒温ケース)と恒温部71により構成されているが、恒温槽は、圧電振動子を封止する熱伝導性の材料でなるもの、例えば、アルミブロックを用いて構成されるものであってもよい。   Further, in Structure Example 1 and Structure Example 2 of Embodiments 1 and 2 described above, the thermostatic chamber 7 in which the piezoelectric vibrator 2 is housed is configured by a metal case 72 (a constant temperature case) and a constant temperature portion 71. The thermostatic chamber may be made of a heat conductive material that seals the piezoelectric vibrator, for example, an aluminum block.

また、本発明に係る圧電発振器において、その構造及びその電気的構成は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路とを有するものであれば、いずれのものであってもよく上記した構造例1、構造例2、電気的構成例1、及び電気的構成例2に限定されるものではない。   Further, in the piezoelectric oscillator according to the present invention, the structure and the electrical configuration thereof include an oscillating unit including a piezoelectric vibrator and an oscillating circuit, and a heater unit for heating the piezoelectric vibrator constituted by a plurality of elements. A temperature control unit for controlling the amount of heat released from the heater unit to the piezoelectric vibrator, and power consumption with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator among the plurality of elements constituting the heater unit. Any one may be used as long as it has a frequency control circuit that controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a temperature change of one element that varies in a quadratic function. However, the present invention is not limited to the structural example 2, the electrical configuration example 1, and the electrical configuration example 2.

即ち、本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   That is, the present invention can be implemented in various other forms without departing from the spirit or main features thereof. For this reason, the above-described embodiment is merely an example in all respects and should not be interpreted in a limited manner. The scope of the present invention is indicated by the claims, and is not restricted by the text of the specification. Further, all modifications and changes belonging to the equivalent scope of the claims are within the scope of the present invention.

1 圧電発振器
2 圧電振動子
3 ヒータ部
31 ヒータ抵抗
32,33,34 トランジスタ
4 温度制御部
41 温度制御用センサ(サーミスタ)
5 周波数制御回路
51 2次補償用センサ(サーミスタ)
52 1次補償用センサ(サーミスタ)
6 発振部
6a 発振回路
7 恒温槽
71 恒温部
72 金属ケース
8 基板
80 一主面
81 他主面
82 接合部
9 本体筐体
91 保護用ケース
92 ベース
93 外部リード端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piezoelectric oscillator 2 Piezoelectric vibrator 3 Heater part 31 Heater resistance 32, 33, 34 Transistor 4 Temperature control part 41 Temperature control sensor (thermistor)
5 Frequency control circuit 51 Secondary compensation sensor (thermistor)
52 Primary compensation sensor (Thermistor)
6 Oscillating unit 6a Oscillating circuit 7 Constant temperature bath 71 Constant temperature unit 72 Metal case 8 Substrate 80 One main surface 81 Other main surface 82 Joint 9 Main body housing 91 Protective case 92 Base 93 External lead terminal

Claims (10)

圧電発振器であって、
圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、
複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、
該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部と、
前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する少なくとも1つの素子の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御回路と
を備えることを特徴とする圧電発振器。
A piezoelectric oscillator,
An oscillation unit including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit;
A heater for heating the piezoelectric vibrator composed of a plurality of elements;
A temperature control unit for controlling the amount of heat released from the heater unit to the piezoelectric vibrator;
The frequency of the piezoelectric vibrator is based on the temperature change of at least one element whose power consumption varies in a quadratic function with respect to the temperature change around the piezoelectric oscillator among the plurality of elements constituting the heater unit. And a frequency control circuit for controlling the piezoelectric oscillator.
請求項1に記載の圧電発振器であって、
前記ヒータ部は、前記素子として、トランジスタ及びヒータ抵抗を有し、
前記周波数制御回路は、前記トランジスタの温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to claim 1,
The heater unit includes a transistor and a heater resistor as the element,
The frequency control circuit controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a temperature change of the transistor.
請求項1又は請求項2に記載の圧電発振器であって、
前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to claim 1 or 2,
The frequency control circuit further controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a temperature change around the piezoelectric oscillator.
請求項1〜3のいずれか1つに記載の圧電発振器であって、
前記周波数制御回路は、さらに、当該圧電発振器の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to any one of claims 1 to 3,
The frequency control circuit further controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a change in current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a change in temperature around the piezoelectric oscillator. Piezoelectric oscillator.
請求項1〜4のいずれか1つに記載の圧電発振器であって、
前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温槽をさらに備えており、前記恒温槽の内部に前記圧電振動子を配したことを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to any one of claims 1 to 4,
A piezoelectric oscillator, further comprising a thermostatic chamber for maintaining the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature, wherein the piezoelectric vibrator is arranged inside the thermostatic bath.
請求項5に記載の圧電発振器であって、
前記恒温槽の外部に、前記ヒータ部を配したことを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to claim 5, wherein
A piezoelectric oscillator characterized in that the heater section is arranged outside the thermostat.
請求項5又は請求項6に記載の圧電発振器であって、
前記発振部が基板の一主面に配され、
前記基板の内部に、前記圧電振動子を所定温度に保つ恒温部が設けられ、
前記基板の一主面に、前記発振部を封止する恒温ケースが設けられ、
前記恒温槽は、前記恒温部と前記恒温ケースとによって構成されたことを特徴とする圧電発振器。
The piezoelectric oscillator according to claim 5 or 6, wherein
The oscillator is disposed on one principal surface of the substrate;
Inside the substrate is provided a constant temperature portion for maintaining the piezoelectric vibrator at a predetermined temperature,
A constant temperature case for sealing the oscillation unit is provided on one main surface of the substrate,
The thermostatic chamber is constituted by the thermostatic part and the thermostatic case.
圧電発振器の周波数制御方法において、
前記圧電発振器は、圧電振動子と発振回路とを含む発振部と、複数の素子で構成された前記圧電振動子を温めるためのヒータ部と、該ヒータ部から前記圧電振動子に対して放出される熱量を制御する温度制御部とを備えており、
前記ヒータ部を構成する複数の前記素子のうち前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して消費電力が2次関数的に変動する1つの素子の温度変化を測定する素子温度測定ステップと、
該素子温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する周波数制御ステップと
を有することを特徴とする周波数制御方法。
In the frequency control method of the piezoelectric oscillator,
The piezoelectric oscillator includes an oscillation unit including a piezoelectric vibrator and an oscillation circuit, a heater unit for heating the piezoelectric vibrator composed of a plurality of elements, and a discharge from the heater unit to the piezoelectric vibrator. A temperature control unit that controls the amount of heat generated,
An element temperature measuring step for measuring a temperature change of one element whose power consumption fluctuates in a quadratic function with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator among the plurality of elements constituting the heater unit;
A frequency control step of controlling a frequency of the piezoelectric vibrator based on a measurement result in the element temperature measurement step.
請求項8に記載の周波数制御方法において、
前記圧電発振器の周囲の温度変化を測定する周囲温度測定ステップをさらに有し、
前記周波数制御ステップが、さらに、前記周囲温度測定ステップでの測定結果に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御する
ことを特徴とする周波数制御方法。
The frequency control method according to claim 8, wherein
An ambient temperature measuring step for measuring a temperature change around the piezoelectric oscillator;
In the frequency control method, the frequency control step further controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a measurement result in the ambient temperature measurement step.
請求項8又は請求項9に記載の周波数制御方法において、
前記周波数制御ステップが、さらに、前記圧電発振器の周囲の温度変化に対して1次関数的に変動する前記ヒータ部の電流の変化に基づいて、前記圧電振動子の周波数を制御することを特徴とする周波数制御方法。
In the frequency control method according to claim 8 or 9,
The frequency control step further controls the frequency of the piezoelectric vibrator based on a change in current of the heater unit that varies in a linear function with respect to a temperature change around the piezoelectric oscillator. Frequency control method.
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