JPH0927728A - 櫛形二電極水晶振動子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】無線通信機等に用いられる、温度補償水晶発振
器は、発振周波数をシフトすると周波数温度特性が変化
するものである。この現象を改善するために「櫛形二電
極水晶振動子」を発明し、周波数温度特性の良好な温度
補償水晶発振器を得ることを目的とする。 【構成】水晶片１の片面に二つの櫛形電極２，２’を他
の面に共通電極３を形成した電極構造を有する水晶振動
子である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は水晶発振器に使用する
水晶振動子を利用分野とし、特に温度補償水晶発振器用
の水晶振動子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水晶振動子を用いた温度補償水晶
発振器の代表的な例を図４に示す。この図において、６
は従来の水晶振動子、７は発振回路、８は補償用の電圧
発生回路、９は可変容量ダイオード、１０は可変容量コ
ンデンサーである。図５は温度補償を行なった場合の周
波数温度特性の例である。この図で１２は温度補償前の
周波数温度特性であり、１３が温度補償後の周波数温度
特性である。従来の技術を理論的に解析するために、電
気的等価回路を考える。図６は従来の水晶振動子６の一
般に良く知られている電気的等価回路であり、各々水晶
振動子の、Ｒ_１が等価抵抗、Ｃ_０が電極間容量、Ｃ_１が
等価容量、Ｌ_１が等価インダクタンスである。この水晶
振動子を図４の水晶発振器として動作する場合は、発振
回路の容量と９，１０の容量とを総合して、水晶振動子
から見た等価容量を負荷容量Ｃ_Ｌとして、図７の電気的
等価回路から、回路解析を行なうと、周波数変化率は次
の式（１）で表わされる。

【０００３】

【数１】 ここで、Δｆは発振周波数の直列共振周波数からの周波
数偏差、ｆは直列共振周波数、ｒは容量比と呼ばれるも
ので、ｒ＝Ｃ_０／Ｃ_１ である。

【０００４】一般に、温度補償水晶発振器の温度補償方
法は、式（１）より、考えて、Ｃ_０，ｒは水晶振動子を
製作した時点で既に決まるものであり、回路としては、
Ｃ_Ｌのみが変化可能なものであり、即ち、負荷容量Ｃ_Ｌ
を各温度により変化させ、その変化量により発振周波数
を変化させ、図５の周波数温度特性１２を１３の周波数
温度特性に補償する。又、経年変化等で発振周波数が変
化した場合、それを補正する場合も負荷容量Ｃ_Ｌを変化
させて周波数を補正する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の水晶振動子を用
いた温度補償水晶発振器では、従来の技術で述べたよう
に、温度補償も経年変化等による周波数の補正も一つの
負荷容量Ｃ_Ｌにより行なっている。又、式（１）より理
解出来るように、周波数変化率（Δｆ／ｆ）と負荷容量
Ｃ_Ｌとは双曲線の関係に有り、即ち、Δｆ／ｆとＣ_Ｌの
関係は非直線的である。従って、温度補償を行なった
後、経年変化等で周波数が変化しそれを補正する場合，
負荷容量Ｃ_Ｌを変化させて、発振周波数をシフトする
と、最初に温度補償回路で設定した補償量が変化し、周
波数温度特性に変化を来す。換言すれば、「温度補償水
晶発振器では、発振周波数をシフトすれば、周波数温度
特性は変化する」。この現象をグラフで示したものが図
８であり、この場合は、電圧制御温度補償水晶発振器に
おいて、中心周波数で完全に温度補償を行なったもの
を、±１０ｐｐｍ，±２０ｐｐｍ周波数をシフトしたと
きの周波数温度特性の変化を示したものである。精度の
厳しい温度補償水晶発振器では大きな欠陥となる。本発
明はこの欠点を解決するために新しい電極構造の厚みす
べり水晶振動子を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来の水晶振動子の電極
は図９に示すものが一般的構造である。本発明は水晶振
動子の片面の電極を二つの向かい合う櫛形状電極、他の
面を共通電極として、単一周波数で厚みすべり振動を励
起する電極構造のものとし、従来の水晶振動子の欠点を
改善するものである。

【０００７】

【作用】本発明の水晶振動子を櫛形二電極水晶振動子と
命名して、この櫛形二電極水晶振動子の電気的等価回路
を独創的に考えた回路が図２である。水晶発振器とし
て、発振周波数を解析する場合は図２を展開した図３よ
り解析すると、従来の水晶振動子の式（１）に相当する
ものが次の式（２）として求めることができる。

【０００８】

【数２】 ここで、Δｆは発振周波数の直列共振周波数からの周波
数偏差、ｆは直列共振周波数、ｒ_１はＴ１−Ｔ２端子か
らみた容量比、ｒ_２はＴ３−Ｔ２端子からみた容量比、
Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｖは二つの負荷容量、Ｃ_０１はＴ１−Ｔ２間の
電極間容量、Ｃ_０２はＴ３−Ｔ２間の電極間容量。

【０００９】この式（２）は二つの負荷容量Ｃ_Ｌ，Ｃ_Ｖ
が二つに分かれているので、発振周波数ｆ＋Δｆに対し
ては、Ｃ_ＬとＣ_Ｖはお互いに独立変数と考えられる。従
って、本発明による櫛形二電極水晶振動子を用いた温度
補償水晶発振器では、発振周波数をＣ_Ｖによりシフト
し、且つ、温度補償をＣ_Ｌで行なえば、周波数シフトに
関係なく、周波数温度特性は変化しない。

【００１０】

【実施例】実施例について、図面を参照して説明する
と、図１が本発明の櫛形二電極水晶振動子の構造を示し
た実施例である。図１の（Ａ）が本発明の水晶振動子の
内部構造の正面図で、１がＡＴカットの水晶片でその片
面に２，２’の櫛形電極を形成し、他面には図１の
（Ｂ）背面図に示した共通電極３を形成したものであ
る。この櫛形二電極水晶振動子を温度補償水晶発振器に
使用した場合の実施例の回路構成が図１０ある。

【００１１】

【発明の効果】従来の水晶振動子を用いた温度補償水晶
発振器で周波数をシフトすると周波数温度特性が変化す
る現象は、本発明の櫛形二電極水晶振動子を用いること
により、大幅に改善することが出来る。従来の水晶振動
子を用いたときの温度特性の変化量を示したものが、前
述したように図８に示してある。本発明の櫛形二電極水
晶振動子を用いた場合の温度特性の変化量を示したもの
が図１１であり、中心周波数ｆ_０とｆ_０±１０ｐｐｍと
ｆ_０±２０ｐｐｍの三つの周波数の温度特性の変化を示
したもので、図８と比較すると改善度合いは明瞭であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電極構造を示したもので、（Ａ）が正
面図、（Ｂ）が背面図。（Ｃ）は本発明の櫛形二電極水
晶振動子のシンボル図を示す。

【図２】本発明の櫛形二電極水晶振動子の電気的等価回
路を示す。

【図３】本発明の櫛形二電極水晶振動子を発振器として
使用するときの、電気的等価回路。

【図４】従来の水晶振動子を使用した温度補償水晶発振
器の回路構成図。

【図５】温度補償水晶発振器の温度補償前後の周波数温
度特性を示す。

【図６】従来の水晶振動子の電気的等価回路。

【図７】従来の水晶振動子を発振器として使用するとき
の、電気的等価回路。

【図８】従来の水晶振動子を使用した温度補償水晶発振
器で、周波数を±１０ｐｐｍ、±２０ｐｐｍシフトした
場合の、周波数温度特性の変化を示す。

【図９】従来の水晶振動子の電極構造を示す。

【図１０】本発明の櫛形二電極水晶振動子を使用した温
度補償水晶発振器の回路構成の実施例。

【図１１】本発明の櫛形二電極水晶振動子を使用した温
度補償水晶発振器で、周波数を±１０ｐｐｍ、±２０ｐ
ｐｍシフトした場合の、周波数温度特性の変化を示す。

【符号の説明】

１ 水晶片 ２，２’櫛形電極 ３ 共通電極 ４ 水晶の支持線 ５ 端子リード線 ６ 従来の水晶振動子 ７ 発振回路 ８ 補償電圧発生回路 ９ 可変容量ダイオード １０ 可変容量コンデンサ １１ 抵抗 １２ 温度補償前の周波数温度特性 １３ 温度補償後の周波数温度特性 １４ 電極 １５ 櫛形二電極水晶振動子 Ｌ_１ 水晶振動子の等価インダクタンス Ｃ_１ 水晶振動子の等価静電容量 Ｒ_１ 水晶振動子の等価抵抗 Ｃ_０ 水晶振動子の電極間容量 Ｃ_Ｌ、 Ｃ_Ｖ 水晶振動子の負荷容量 Ｒ 水晶振動子の等価抵抗 Ｌ 水晶振動子の等価インダクタンス Ｃ 水晶振動子の等価静電容量 Ｃ_０１ Ｔ１，Ｔ２間の電極間容量 Ｃ_０２ Ｔ３，Ｔ２間の電極間容量 Ｃ_３ Ｔ１，Ｔ３間の浮遊容量 Ｎ_１，Ｎ_２ 端子間の力係数 Ｔ１，Ｔ２， Ｔ３ 水晶振動子の端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚みすべり振動を励起する水晶片の片面
   に二つの櫛形電極を又他面にはこの櫛形電極と対面する
   一つの共通電極とを有する電極構造を特徴とする櫛形二
   電極水晶振動子。