JPH0321069Y2

JPH0321069Y2 -

Info

Publication number: JPH0321069Y2
Application number: JP1983063300U
Authority: JP
Priority date: 1983-04-25
Filing date: 1983-04-25
Publication date: 1991-05-08
Also published as: JPS59169125U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は圧電セラミツク発振子に関するもの
である。

各種電子機器の内蔵クロツク発生回路として多
用されている発振器は、第１図に示すように、利
得が１よりも大きい増幅器Ａと帰還回路Ｆとから
なり、該帰還回路Ｆを通じて上記増幅器Ａの出力
の一部を入力側に正帰還することによつて増幅器
Ａの出力端子１から発振出力を得る構成になつて
いる。

従来、上記帰還回路Ｆに圧電発振素子を使用し
た圧電発振器としては、例えば第１図に示すよう
に、２端子型圧電共振子Ｘを圧電発振素子として
使用し、その電極２とアースとの間にコンデンサ
C₁を、また電極３とアースとの間にコンデンサ
C₂を夫々接続することによつて帰還回路Ｆを構
成し、２端子型圧電共振子Ｘがその共振周波数r
と反共振周波数aの間の周波数帯で誘導性を呈
し、上記帰還回路Ｆの等価回路が第２図に示すよ
うに、帰還回路Ｆの入力端子４と出力端子５との
間に２端子型圧電共振子Ｘの発振周波数における
抵抗分Reとリクタンス分Ｌが直列に接続される
と共に、上記入力端子４とアースとの間および出
力端子５とアースとの間にコンデンサC′₂（＝C₂＋
増幅器Ａの出力容量）およびコンデンサC′₁（C₁＋
増幅器Ａの入力容量）が各々接続された回路構成
となることを利用して、一種のコルピツツ型発振
回路を構成するようにしたものが知られている。

しかしながら、上記のように２端子型圧電共振
子Ｘを圧電素子として使用した場合、該２端子型
圧電共振子Ｘのほかに２個のコンデンサC₁およ
びC₂が必ず必要となり、帰還回路Ｆの部品点数
が増加すると共に、コンデンサC₁，C₂を外付け
するタイプになるので、全体が大型化して組込み
に不便であり製作コストも高くつくという欠点が
ある。

ところで、圧電発振器の圧電発振子として水晶
共振子を用いた場合、発振周波数−温度特性がか
なり優れているが、このような水晶共振子でもさ
らに向上させるには、コンデンサC₁やC₂として
適当な静電容量−温度特性をもつものを用いて、
いわゆる温度補償を行なう必要があり、調整コス
トが増加するという問題がある。

一方、圧電セラミツク共振子は安価であるが、
温度特性が悪いため、いままでは発振子としては
殆んど用いられていなかつた。

ところが、近年温度特性が優れた圧電セラミツ
ク共振子が開発されてきており、そこで水晶共振
子に代えてこの圧電セラミツク共振子を発振回路
に用いることが考えられた。

しかし、圧電セラミツク共振子の温度特性が向
上したとしても、コンデンサC₁，C₂が外付けさ
れる構造であれば、圧電セラミツク共振子を発振
回路として実用化できるようにするためには、圧
電セラミツク共振子とコンデンサの温度特性を勘
案して発振周波数の変動が最小となるような対策
を講じなければならないという問題がある。

このような問題を解消するためには、コンデン
サC₁やC₂を圧電セラミツク共振子と同一材料で
作成してやればよく、発振周波数が従来の外付式
コンデンサを用いた場合に比し容易に安定にな
る。

この事実にもとづき、コンデンサと圧電セラミ
ツク共振子を同一材料で作成した圧電セラミツク
発振子はすでに提案されており、圧電セラミツク
基板の一方の面に共通電極を形成すると共に、基
板の他方の面に、共通電極と対向する２つの分割
電極を形成し、一方分割電極と共通電極によつて
挾まれた部分の分極の向きと他方分割電極と共通
電極によつて挾まれた部分の分極の向きが互いに
逆向きとなるように前記基板を分極させた３端子
型圧電共振子によつて、２端子型圧電共振子とコ
ンデンサとからなる帰還回路と等価な帰還回路を
構成するようにしたものである。

ところで、一枚の圧電セラミツク基板に対して
逆方向の分極部分を形成するには、圧電セラミツ
ク基板に先ず一様の分極を施こした後、必要な電
極間に直接高圧電界を印加して、一様の上記方向
とは逆の方向に分極させねばならないので、分極
のための加工に手数を要し、コストアツプになる
という欠点がある。

この考案は上記のような欠点を解消するために
なされたものであり、コンデンサ等の外付部品を
取付ける必要がなく、温度補償も不要であり、し
かも分極に要する加工コストの低減をはかること
ができる圧電セラミツク発振子を提供することを
目的とする。

この考案は、厚み方向に分極された２枚の圧電
セラミツク基板を共通アース電極を挾んで分極方
向が同方向となるように積層して圧電基板積層体
を形成し、この圧電基板積層体の両主面のほぼ全
面に対向するように第１の振動電極及び第２の振
動電極を設けたコルピツツ型発振回路用圧電セラ
ミツク発振子において、上記圧電セラミツク発振
子の上記第１及び第２の振動電極で広がり、長さ
又は幅振動モードを励振させ、上記共通アース電
極と上記第１の振動電極で第１の容量部、上記共
通アース電極と上記第２の振動電極で第２の容量
部を構成することを特徴とする圧電セラミツク発
振子である。

以下、この考案の実施例を添付図面の第３図乃
至第７図に基づいて説明する。

第３図に示すように、３端子型圧電セラミツク
発振子X′は、分極Ｂ方向が一様な二枚の圧電セ
ラミツク基板１１と１２を、分極Ｂ方向を同一に
した状態で対応面間にグランド電極１３を挾んで
重ね合わせ、一方圧電セラミツク基板１１の外面
に入力電極１４と他方圧電セラミツク基板１２の
外面に出力電極１５を設けて形成し、例えば長
さ、幅、広がり振動モードのうち一つを用いるよ
うにしたものである。

第４図、第５図は上記圧電セラミツク発振子
X′におけるグランド電極１３の具体的な引出し
の例を示し、何れも入力電極１４の側縁における
中間部に切欠部分１６を設け、グランド電極１３
の引出電極１７を一方基板１１の端縁から切欠部
１６内に引出すようにしたものである。

第４図は圧電セラミツク基板１１，１２が正方
形の広がり振動モードを利用する例、第５図は同
じく長方形に形成され、長さまたは幅振動モード
を利用した場合を示しており、グランド電極１３
の引出電極１７は何れの場合も、振幅の最も小さ
い基板の中央位置に設けられているので、発振周
波数に何ら支障を与えることはない。

なお、圧電セラミツク基板１１，１２は図示の
ような角形に限らず、円板を用いて径方向振動モ
ードを利用するようにしてもよい。

３端子型圧電セラミツク発振子X′を上記のよ
うな構成とすれば、第６図に示すような等価回路
を得ることができる。

第６図において、グランド電極端子１３ａと入
力電極端子１４ａとの間に接続されたコンデンサ
Cabはグランド電極１３と入力電極１４との間の
静電容量、グランド電極端子１３ａと出力電極端
子１５ａとの間に接続されたコンデンサCacはグ
ランド電極１３と出力電極１５との間の静電容
量、入力電極端子１４ａと出力電極端子１５ａと
の間に接続されたコンデンサCbcは入力電極１４
と出力電極１５との間の静電容量である。

一方、R₀，L₀およびC₀は、上記出力電極端子
１５ａとグランド電極端子１３ａを短絡して入力
電極端子１４ａとグランド電極端子１３ａを両端
子とする２端子型圧電セラミツク共振子とみなし
た場合の電気的等価定数で、R₀は等価抵抗、L₀
は等価質量、C₀は等価コンプライアンスであり、
これら等価抵抗R₀、等価質量L₀および等価コン
プライアンスC₀は、入力電極端子１４ａと変成
比がｎの理想変成器Ｔの巻線L₁との間に直列に
接続されている。

上記理想変成器Ｔは圧電セラミツク基板１１，
１２の電気−機械系のエネルギー変換を表わすも
のであつて、上記巻線L₁の他端はグランド電極
端子１３ａに接続される一方、いま一つの巻線
L₂が出力電極端子１５ａとグランド電極端子１
３ａとの間に接続されている。

上記理想変成器Ｔの変成比ｎは両圧電セラミツ
ク基板１１と１２の厚みによつて左右され、厚み
を揃えると変成比は１：１となるが、厚みの２倍
波がスプリアスとして励振しやすくなるので、両
基板１１，１２の厚みを変えることにより、厚み
スプリアスを抑圧することができる。

第６図の等価回路から明らかなように、等価抵
抗R₀、等価質量L₀、等価コンプライアンスC₀お
よび静電容量Cbcからなる回路は、第１図の２端
子型圧電共振子Ｘの等価回路と同一となるため、
３端子型圧電共振子X′が第３図と等価となる周
波数が存在することになる。

この場合、CabはC₁に、CacはC₂にそれぞれ対
応させることができ、第２図に示す帰還回路Ｆの
外付コンデンサC₁およびC₂は、静電容量Cabおよ
びCacで置換することができ、従つて第３図のよ
うに圧電セラミツク基板１１，１２を積層した３
端子型圧電共振子X′を圧電発振素子として使用
すれば、上記コンデンサC₁およびC₂を省略でき
ることがわかる。

上記３端子型圧電共振子X′を圧電発振素子と
して使用するには、第７図に示すように入出力電
極端子１４ａおよび１５ａを増幅器Ａの入力側お
よび出力側に接続する一方、グランド電極端子１
３ａを接地すればよく、このようにすれば上記静
電容量CabおよびCacが各３端子型圧電共振子
X′においてバラツキが規定の範囲に入つている
限り、各圧電発振器の発振周波数のバラツの範囲
も所定の範囲に納まり、発振周波数の調整作業を
省略することができる。

なお、圧電セラミツク基板１１と１２の分極方
向は、第３図とは逆方向になるようにしてもよい
と共に、第７図において入力電極端子１４ａおよ
び出力電極端子１５ａとは逆に増幅器Ａの出力側
および入力側に夫々接続するようにしてもよい。

以上のように、この考案によると、分極方向が
一様な二つの圧電セラミツク基板を対応面間に共
通アース電極を挾んで重ね合わせ、一方基板の外
面に入力電極と他方基板の外面に出力電極を各々
設けるようにしたので、圧電セラミツク基板を用
い、従来のように外付けのコンデンサ等を使用せ
ずに、一個の３端子型圧電共振子によつて圧電発
振子を構成することができ、外付けコンデンサの
温度特性とのバラツキによる発振周波数のバラツ
キ発生がなく、従つて発振周波数の調整工程を省
略することができ、全体の小型化が可能になる。

また、分極方向が一様な二枚の圧電セラミツク
基板を積層するだけでよいので、分極工程が簡略
化でき、製作コストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧電発振器の回路図、第２図は
同上における圧電発振器の帰還回路の等価回路
図、第３図はこの考案に係る圧電セラミツク発振
子の縦断面図、第４図と第５図は発振子の異なつ
た振動モードの例を示す斜視図、第６図は第３図
の圧電セラミツク発振子の等価回路図、第７図は
同上の回路図である。１１，１２……圧電セラミツク基板、１３……
グランド電極、１３ａ……グランド電極端子、１
４……入力電極、１４ａ……入力電極端子、１５
……出力電極、１５ａ……出力電極端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

厚み方向に分極された２枚の圧電セラミツク基
板を共通アース電極を挾んで分極方向が同方向と
なるように積層して圧電基板積層体を形成し、こ
の圧電基板積層体の両主面のほぼ全面に対向する
ように第１の振動電極及び第２の振動電極を設け
たコルピツツ型発振回路用圧電セラミツク発振子
において、上記圧電セラミツク発振子の上記第１
及び第２の振動電極で広がり、長さ又は幅振動モ
ードを励振させ、上記共通アース電極と上記第１
の振動電極で第１の容量部、上記共通アース電極
と上記第２の振動電極で第２の容量部を構成する
ことを特徴とする圧電セラミツク発振子。