JPH03252207A - オーバトーン水晶発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、１次オーバトーンでの等価抵抗がｎ次未満の
周波数での等価抵抗より低い水晶振動子を用いたオーバ
トーン水晶発振回路に利用する。

〔概要〕

本発明はオーバトーン水晶発振器において、ｎ次の周波
数での等価抵抗値が基本周波数での等価抵抗値以下の水
晶振動子をトランジスタのベースとコレクタとの間に接
続し、トランジスタのベースとコレクタとの間に十分な
容量性のインピーダンスを挿入してｎ次未満の周波数の
ときに水晶振動子から回路側を見たインピーダンスの負
性抵抗値の絶対値が水晶振動子の等価抵抗値に比較して
十分に小さい値にすることにより、オーバトーンでの発
振を確実にし、かつ経済的になるようにしたものである
。

〔従来の技術〕

第２図はオーバトーン水晶発振回路のトランジスタ回路
の負性抵抗値および水晶振動子の等価抵抗値を示す図で
ある。第３図は従来例のオーバトーン水晶発振回路の回
路図である。第４図は従来例のオーバトーン水晶発振回
路の等価回路図である。第５図は従来例のオーバトーン
水晶発振回路のトランジスタをπ型等価回路で表した発
振等価回路図である。

従来、オーバトーン水晶発振回路は、第３図に示すよう
に水晶振動子ＸＴＬ、　、コンデンサＣ１、Ｃ２による
帰還回路およびトランジスタＴ　ＲＩ　によってループ
利得を得て発振する。抵抗Ｒ１、Ｒ２は、電源ＶＣＣと
ともに、トランジスタＴＲ，を適切なバイアス点で動作
させ必要な利得を得るためのバイアス抵抗であり、コン
デンサＣ３はトランジスタＴＲ，のコレクタを交流的に
接地するためのバイパスコンデンサである。

このような回路では水晶振動子ＸＴＬ、が誘導性となる
ような周波数においてコルビラン発振回路となる。水晶
振動子ＸＴＬ、から回路側を見たインピーダンスをＺＬ
で表しその抵抗分をＲ１リアクタンス分をＸとする。水
晶振動子ＸＴＬ、が誘電性となる周波数で水晶振動子の
等価抵抗をＲｏとじたとき Ｒ，＋Ｒ＜０ を満足する周波数で水晶振動子ＸＴＬ、　と回路側の閉
ループの損失が「０」となり発振する。

第４図は水晶振動子ＸＴＬ、から見た第３図に示す交流
等価回路であり、抵抗Ｒ１はトランジスタＴＲ，のベー
ス電流を設定するために充分大きな値とすることができ
等価回路図では省略した。

第４図のトランジスタＴＲ，をπ型等価回路（点線内）
で表した等価回路を第５図に示す。ここで抵抗Ｒ１＋は
エミッタ接合抵抗を「、とじ、ベース接地電流増幅率を
αとしたときに、 Ｒ＋＋＝ｒ、／（ｔ−α） である。コンデンサＣｂｅはトランジスタＴＲ，のベー
ス・エミッタ間右よびベース・コレクタ間の等価容量で
ある。電流源Ｊはベース・エミッタ間の電圧をＶ、とし
、トランジスタＴＲ，の相互コンダクタンスをｇっとし
たとき、Ｊ＝ｇ、ｌ／２である。この等価回路について
インピーダンスＺＬを求めると式■のようになる。

ＺＬ＝Ｒ＋　ｊ　Ｘ＝　−・（ｒ＋ｊ　ｘ）　　■Δ ここで、 （Ｃｂｅ＋　Ｃ＋　＋　Ｃ２）　）■ 発振は式■、■、■で与えられる抵抗Ｒが負の値で、か
つ水晶振動子ＸＴＬ、の等価抵抗Ｒ，（〉０〉との関係
が Ｒ＋Ｒ，＜０ となるときに起こる。また、発振周波数は式■、■、■
で与えられるリアクタンスＸと水晶振動子ＸＴＬ、の等
価リアクタンスＸ、との関係がＸ＋Ｘ、＝Ｏ を満たす角周波数ω。となる。発振周波数についての詳
細はここでは省略する。

たとえば、トランジスタＴＲ，の等価定数が　− であり外部回路の定数が Ｃ＋　＝　Ｃ２＝１０１）ＦＳＲ２＝６８０Ωの場合に
水晶振動子ＸＴＬ、から回路側を見たときの抵抗は第２
図に示す０のようになる。このような回路で基本波２５
ＭＨｚの水晶振動子を用いて３次オーバトーン（７５Ｍ
）ｌｚ）を発振させる場合には、水晶振動子の等価抵抗
は２５ＭＨｚで２．５００Ω以上、７５ＭＨｚで７００
以下となる必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような従来例のオーバトーン水晶発振回路
では、第２図に示すＯのように基本波に対し回路側の抵
抗分Ｒが数にΩの負性抵抗となり、水晶振動子の基本波
での等価抵抗を数にΩ以上にする必要があり、水晶振動
子が作りにくく高価になる欠点があった。たとえば第２
図において、Δ印で示すような等価抵抗を有する水晶振
動子を使用すると基本波で Ｒ，＋Ｒ＝−２，００００ ３次オーバトーンで Ｒ，＋　Ｒ＝−６５０Ω となり基本波で発振することがある。

本発明は上記の欠点を解決するもので、オーバトーンで
の発振が確実で、か、つ経済的なオーバトーン水晶発振
回路を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、基本周波数およびｎ次の周波数の信号を発生
する水晶振動子と、この発生されたｎ次の周波数の信号
を発振出力するトランジスタ回路とを備えたオーバトー
ン水晶発振回路にふいて、上記水晶振動子は、上記トラ
ンジスタ回路のベースとコレクタとの間に接続され、ｎ
次の周波数での値が９次未満の周波数での値以下である
等価抵抗を有し、上記トランジスタ回路は９次未満の周
波数のときに上記水晶振動子から回路側を見たインピー
ダンスの負性抵抗値の絶対値が上記水晶振動子の等価抵
抗値に比較して十分小さい値に抑える抑制手段を含むこ
とを特徴とする。

また、本発明は、上記トランジスタのベースとコレクタ
との間に挿入された容量性インピーダンスで構成される
ことができる。

さらに、上記ｎは３以上の奇数であることが望ましい。

〔作用〕

ｎ次の周波数での等価抵抗値が基本周波数での等価抵抗
値以下の水晶振動子はトランジスタのベースとコレクタ
との間に接続され、抑制手段は９次未満の周波数のとき
に水晶振動子から回路側を見たインピーダンスの負性抵
抗値の絶対値を水晶振動子の等価抵抗値に比較して十分
に小さい値にする。

また、トランジスタのベースとコレクタとの間に負性抵
抗値を小さく抑えるに十分な容量性のインピーダンスを
挿入して負性抵抗値を抑えることができる。

さらに、水晶振動子は奇数次の高調波が比較的大きく発
生するのでｎ次は３以上の奇数であることが望ましい。

以上の動作によりオーバトーンでの発振を確実にし、か
つ経済的にできる。

〔実施例〕

本発明の実施例について図面を参照して説明する。第１
図は本発明一実施例オーバトーン水晶発振器の回路図で
ある。軍１図において、オーバトーン水晶発振器は、基
本周波数ふよび３以上の奇数ｎ次の周波数の信号を発生
する水晶振動子ＸＴＬ、と、この発生されたｎ次の周波
数の信号を発振出力するトランジスタ回路ＴＲＣとを備
える。

トランジスタ回路ＴＲＣは、トランジスタＴＲ。

と、帰還回路を構成するコンデンサＣ１、Ｃ２と、電源
Ｖ　ｃ　ｃとともにトランジスタＴＲ，を適切なバイア
ス点で動作させ必要な利得を得るためのバイアス抵抗で
ある抵抗Ｒ，、Ｒ２と、コレクタを交流的に接地するバ
イパスコンデンサであるコンデンサＣ３とを含む。

ここで本発明の特徴とするところは、水晶振動子ＸＴＬ
、に、トランジスタＴＲ，のベースとコレクタとの間に
接続され、ｎ次の周波数での値が９次未満の周波数での
値以下である等価抵抗を有し、トランジスタ回路ＴＲＣ
は９次未満の周波数のときに水晶振動子ＸＴＬ、から回
路側を見たインピーダンスの負性抵抗値の絶対値を上記
水晶振動子の等価抵抗値に比較して十分小さい値に抑え
る抑制手段を含むことにある。

また、本実施例では抑制手段としてトランジスタＴＲ，
のコレクタとベースとの間に挿入された容量性インピー
ダンスは上記負性抵抗値を小さく抑えるのに十分な容量
のコンデンサＣ４で構成される。

さらに、本実施例ではｎは３とする。

このような構成のオーバトーン水晶発振器の動作につい
て説明する。抵抗Ｒ＋　、Ｒ２は、電源電圧Ｖ　ｃ　ｃ
によりトランジスタＴ　Ｒ＋　のバイアスを与え、コン
デンサＣ３は、トランジスタＴＲ，のコレクタを交流的
に接地する。

トランジスタＴＲ，は、発振に必要なループ利得を得る
ためであり、コンデンサＣ＋　、Ｃ２および水晶振動子
ＸＴＬ、は、回路の発振条件を満たすための帰還回路網
である。コンデンサＣ１は本発明に係るものである。

第１図において、回路側のインピーダンス２゜を計算す
ると式■のようになる。

ハ　　　△　　　　△　　　Ｉ　　Ａ　　△ＺＬ＝Ｒ＋
　ｊ　Ｘ＝　−（ｒ＋　ｊｘ）−（Ｘ）＾ ここで、 Δ＝　（ωｃ４Ｒ）２＋（１−ｃｕｃ４Ｘ）’　　■△ ｒ＝Ｒ■ ｘ　＝　Ｘ　　Ｃ４（Ｒ２＋　Ｘ２）　　　　　　■式
■、■、■より Ｘく０　　（容量性） のために式■の２項かっこ内で ωＣ４Ｘ＜０ であるから、ＩＲＩはＣ４に対し単調減少関数となる。

すなわち、Ｃ４はループ利得を低下させ回路側の負性抵
抗の絶対値を小とする。

第２図に示す■および■は Ｃ４＝　４　ｐｌ”　、　Ｃ４＝　２ｐＦの場合である
。■の場合には基本波において、Ｒ＋Ｒ，＝５０＞０と
なり３次オーバトーンでのみ発振するが、余裕度が少な
いために温度や電源電圧の変動により負性抵抗Ｒが変化
しループ利得が変化することにより基本波で発振を始め
る可能性がある。■の場合には基本波に対して充分な余
裕度がある。

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、オーバトーンでの発振
を確実にする優れた効果がある。

また、電源電圧が変動しコレクタ・ベース間の電位差が
変動したときにトランジスタ内部のコレクタ・ベース間
の帰還容量が変化することによって負性抵抗が大幅に変
動して発振レベルが変動することも防ぐ利点がある。

さらに、実装状態によりベースとコレクタとの間の浮遊
容量が変わることによる発振の不安定性を防ぐ効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例オーバトーン水晶発振回路のブ
ロック構成図。 第２図はオーバトーン水晶発振回路のトランジスタ回路
の負性抵抗値および水晶発振子の等価抵抗値を示す図。 第３図は従来例のオーバトーン水晶発振回路のブロック
構成図。 第４図は従来例のオーバトーン水晶発振回路の等価回路
図。 第５図は従来例のオーバトーン水晶発振回路のトランジ
スタをπ型等価回路で表した発振等価回路図。 Ｃ，−Ｃ，・・・コンデンサ、Ｒ，、Ｒ２・・・抵抗、
ＴＲ，・・・トランジスタ、ＴＲＣ，ＴＲＣＡ・・・ト
ランジスタ回路、Ｖ　ａｃ・・・電源、ＸＴＬ、・・・
水晶振動子。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基本周波数およびｎ次の周波数の信号を発生する水
   晶振動子と、この発生されたｎ次の周波数の信号を発振
   出力するトランジスタ回路とを備えたオーバトーン水晶
   発振回路において、 上記水晶振動子は、上記トランジスタ回路のベースとコ
   レクタとの間に接続され、ｎ次の周波数での値がｎ次未
   満の周波数での値以下である等価抵抗を有し、 上記トランジスタ回路はｎ次未満の周波数のときに上記
   水晶振動子から回路側を見たインピーダンスの負性抵抗
   値の絶対値を上記水晶振動子の等価抵抗値に比較して十
   分小さい値に抑える抑制手段を含む ことを特徴とするオーバトーン水晶発振回路。 ２、上記抑制手段は上記トランジスタのベースとコレク
   タとの間に挿入された容量性のインピーダンスで構成さ
   れた請求項１記載のオーバトーン水晶発振回路。 ３、上記ｎは３以上の奇数である請求項１記載のオーバ
   トーン水晶発振回路。