JPH10284936A - 温度補償圧電発振器 - Google Patents

温度補償圧電発振器

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JPH10284936A
JPH10284936A JP9816897A JP9816897A JPH10284936A JP H10284936 A JPH10284936 A JP H10284936A JP 9816897 A JP9816897 A JP 9816897A JP 9816897 A JP9816897 A JP 9816897A JP H10284936 A JPH10284936 A JP H10284936A
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JP
Japan
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voltage
temperature
conversion circuit
current
operational amplifier
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JP9816897A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Matsumoto
好明 松本
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Toyo Communication Equipment Co Ltd
Original Assignee
Toyo Communication Equipment Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電圧電流変換回路において、演算増幅
器の出力電圧は、入力電圧にトランジスタのベース・エ
ミッタ間電圧が加算された電圧となり、前記演算増幅器
が飽和に達し易く、入力電圧の範囲を狭めざるをえない
という欠点があった。本発明はこの欠点を解決するため
になされたものであり、入力電圧の範囲を広くした電圧
電流変換回路を提供する。 【解決手段】 演算増幅器の非反転端子を接地し反転端
子とpnp及びnpnトランジスタのそれぞれのエミッ
タとを接続したものに抵抗を直列接続して構成した電圧
電流変換回路のおいて、前記抵抗を介して入力電圧を印
加することにより前記演算増幅器の入力電圧範囲を広
げ、低電圧動作を可能とした電圧電流変換回路を用いた
ことを特徴とする温度補償圧電発振器。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は温度補償圧電発振器
に関し、特に入力電圧を電流に変換する電圧電流変換回
路において入力電圧範囲を広くした変換回路を用いた温
度補償発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、水晶発振器の周波数安定度の向
上、小型化、低価格等はめざましいものがあり、携帯電
話端末等の普及に大きく貢献している。図3はこのよう
な温度補償水晶発振器(以下、TCXOと称す)の一例
を示すブロック図である。TCXOは破線1で囲まれた
増幅器2、水晶振動子Y、可変容量素子、例えば可変容
量ダイオードD及び抵抗Rから構成される電圧制御水晶
発振器と、破線3で囲まれた温度センサ4、電圧電流変
換回路5、3次項電流変換回路A6、3次項電流変換回
路B7、1次項電流変換回路8、電源B0及び抵抗R0
から成る温度補償電圧発生回路とより構成される。該温
度補償電圧発生回路より生成する電圧を電圧制御水晶発
振器の抵抗Rを介して、発振ループ中の可変容量素子D
に印加し、該素子の容量変化による発振ループの周波数
温度変化が水晶振動子の周波数温度特性と逆特性になる
ように作用させることにより、発振周波数を補償する補
償方式である。ここで3次項電流変換回路A6と3次項
電流変換回路B7との違いは変曲点温度( ATカット
水晶振動子の周波数温度特性を表す式の2次導関数が符
号を変える点で、約28℃)より高温では回路A6が動
作し、変曲点温度より低温では回路B7が動作するよう
にした点である。
【0003】図3に示す破線1の電圧制御水晶発振器は
その発振周波数の変化量が可変容量素子Dの両端に印加
する電圧変化に比例するように構成された水晶発振器で
ある。また、図3に示す破線3の作用を詳しく説明する
と、温度センサ4と電圧電流変換回路5とにより温度T
に比例する電流Iinを生成し、それを3次項電流変換回
路A6と回路B7に加えて温度Tの3乗に比例する電流
3aとI3bとを生成する。更に、前記電流Iinを1次項
電流変換回路8に加えて温度Tに比例する電流I1を生
成し、前記電流I3a 、I3b 及びとI1を抵抗R0に加え
ることにより電圧VCが生じ、この電圧VCは電流Iin
関する3次式、即ち次式を得る。
【0004】
【数1】
【0005】ここで、A3、A1は比例定数であり、温度
センサ4と電圧電流変換回路5とから生成される電流I
inは温度Tに比例するように、前記温度センサ4と電圧
電流変換回路5を構成してあるから
【0006】
【数2】
【0007】従って可変容量素子Dに印加される電圧V
Cは温度Tに関する3次式となり、次式のように書くこ
とができる。
【0008】
【数3】
【0009】ここで、a3、a1は比例定数である。破線
1に示す電圧制御水晶発振器の可変容量素子Dに数3で
示す電圧VC を印加し、該素子の容量を変化させ、発振
ループの周波数を3次関数的に変化させることにより、
水晶振動子の周波数温度特性と逆特性とすることが可能
である。図4は横軸を電流Iin、縦軸を温度補償電圧V
C とした場合の特性であり、水晶振動子の周波数温度特
性と比較すると逆特性になっている。電流Iinは温度T
に比例するため横軸は温度Tとしてもよい。
【0010】図3に示す電圧電流変換回路5の一例と
し、入力電圧の変化に比例した電流を出力する回路とし
て図5(a)に示す回路が知られている。該電圧電流変
換回路は演算増幅器Op11と、2つの極性の異なるト
ランジスタQ11、Q12と、抵抗R11とから構成さ
れる。この回路では、入力電圧Vinを演算増幅器Op
11の非反転端子に印加すると、これと等しい電圧が演
算増幅器Op11の反転端子に得られるため、抵抗R1
1の両端電圧は、Vinとなり、Vinが正である場
合、即ちVin>0ではトランジスタQ12がオンとな
り、トランジスタQ11がオフとなる。また、Vinが
負となる場合、即ちVin<0では、前記の場合とは逆
にトランジスタQ12がオフとなり、トランジスタQ1
1がオンとなる。演算増幅器Op11の出力端子から
は、Vin/R11の電流を流すのに必要なベース電流
が、Q11、Q12何れかオン状態のトランジスタに流
れることになる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の図
5(a)の電圧電流変換回路おいては、入力電圧Vin
を0より大きい電圧とするとトランジスタ12がオンす
るため、演算増幅器Op11の出力端子B点の電位は、
Vin+Vbe(Q12)となる。また、入力電圧Vi
nを0より小さい電圧とすると、B点の電位はVin−
Vbe(Q11)となる。図5(b)はこのときの入力
電圧Vinと演算増幅器Op11の出力端子B点におけ
る電圧を表した図である。従って、図5(a)に示す電
圧電流変換回路を低電圧電源で使用する場合、入力電圧
Vinの可変範囲を広く選ぶと、演算増幅器Op11の
出力電圧が飽和するという問題があった。また、入力電
圧Vinの可変範囲を狭めると、基準電圧(変曲点温度
における温度補償電圧発生回路の生成電圧Vref)の
温度特性や入力電圧の変動等による電圧電流変換回路の
出力電圧のずれが無視できなくなるという問題があっ
た。本発明の目的は上記問題を解決するためになされた
ものであって、入力電圧の可変幅を大きくできる電圧電
流変換回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るの請求項1記載の発明は、演算増幅器の
非反転端子を接地し反転端子とpnpトランジスタのエ
ミッタとnpnトランジスタのエミッタとを接続し更に
抵抗を直列接続して構成した入力電圧と出力電流とが比
例する電圧電流変換回路のおいて、前記抵抗を介して入
力電圧を印加することにより前記演算増幅器の出力電圧
が不飽和である入力電圧を広げ、低電圧動作を可能とし
たことを特徴とする電圧電流変換回路を用いた温度補償
圧電発振器である。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示した実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1(a)は本発明に
係る電圧電流変換回路を示した図であって、演算増幅器
Op1、pnpトランジスタQ1、npnトランジスタ
Q2及び抵抗R1より構成される。この電圧電流変換回
路に入力電圧Vinを抵抗R1を介して演算増幅器Op
1の反転端子に印加すると、抵抗R1には、Vinの変
化に比例したVin/R1の電流が流れる。入力電圧V
inが正の場合には、トランジスタQ2がオンとなり、
入力電圧が負の場合にはトランジスタQ1がオンとな
る。しかるに、演算増幅器Op1の非反転端子は接地さ
れており、その電位は0Vと一定であるため、演算増幅
器Op1の出力端子A点には、入力電圧Vinが正の場
合にはVin−Vbe(Q2)の電圧が現れ、入力電圧
Vinが負の場合にはVin+Vbe(Q1)の電圧が
現る。入力電圧Vinを横軸、A点の出力電圧を縦軸に
とり、Vin−A点の出力電圧の関係を示すと図1
(b)のようになる。即ち、図1(a)の演算増幅器O
p1の出力点Aの電圧の可変幅は、図5(a)に示した
演算増幅器Op11の出力点Bの可変範囲より、使用す
るトランジスタのベース・エミッタ間の電圧Vbeの4
倍だけ狭めることができるため、電圧電流変換回路の低
電圧動作において広い入力電圧範囲に対して演算増幅器
の出力電圧を飽和させないことになる。
【0014】図2は本発明に係る電圧電流変換回路12
を用いて、温度センサ11の出力電圧を電流出力に変換
した一実施回路例を示す回路図である。該回路は破線1
1で囲まれたセンサ部と、破線12で囲まれた電圧電流
変換回路より構成されている。破線11のセンサ部は電
源Vccに接続する抵抗R2とダイオードD1、D2の
直列接続回路と、前記ダイオードD1の電圧を入力とす
る演算増幅器Op2と2個の抵抗R3、R4から構成さ
れている。破線11で示す温度センサは電源電圧Vcc
から抵抗R2を介して感温素子として用いるダイオード
D1、D2に電流を流し、温度変化によるダイオードの
フォワード電圧VFの変動を利用する方式の温度センサ
である。即ち、ダイオード(D1、D2)のフォワード
電圧VFは周囲温度Tに比例して変化する特性(約−2
mV/℃)を有し、この特性を感温素子として用いた温
度センサである。演算増幅器へ印加する電圧を高めるた
めダイオードは2段接続としている。演算増幅器への入
力電圧に対して、その出力端子A点に於ける出力電圧範
囲は、前述のように従来のものより同じ入力電圧に対し
4Vbeだけ狭められるため広い入力電圧範囲に対し
て、出力電圧が飽和することなく動作が可能となる。従
って図2の回路を温度センサ及び電圧電流変換回路をし
て用いることにより周囲温度Tに比例した出力電流を得
ることが可能となり、図3で示したように周囲温度に比
例した3次の項と1次の項で表される電圧を実現するこ
とが可能となり、優れた温度補償水晶発振器を作成する
ことができる。
【0015】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように演算増幅
器の非反転端子を接地し、反転端子に抵抗を介して入力
電圧を印加し、前記演算増幅器の出力をpnp及びnp
nトランジスタのベース端子へ入力することにより、入
力電圧に比例した出力電流を得るように構成した回路で
ある。従って、低電源電圧動作においても、広い入力電
圧の変化範囲に対応した電流を得ることが可能となり、
変曲点温度における生成電圧である基準電圧が外部の雑
音等の影響で変動した場合でも、入力電圧の変化幅を広
くできるため、出力の影響を少なくすることができると
いう優れた効果を発揮する。また、温度補償発振回路を
IC化する場合に本発明を適用すると優れた回路とな
り、小型、高精度の温度補償発振器を構成することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明に係る電圧電流変換回路の一実施
例を示した図、(b)はその入力電圧と出力点Aの出力
電圧である。
【図2】感温素子にダイオードを用い、そのフォワード
電圧VFを温度センサの出力電圧として本発明の電圧電
流変換回路に入力し、電流に変換する回路を示す図であ
る。
【図3】温度に比例した3次項と1次項との電圧を可変
容量素子に印加して構成する温度補償水晶発振器であ
る。
【図4】温度Tに比例した3次項と1次項との電圧で生
成した補償電圧である。
【図5】(a)従来の電圧電流変換回路を示す回路図、
(b)その回路の入力電圧と出力B点の出力電圧であ
る。
【符号の説明】
Op1、 Op2、 Op3・・演算増幅器 Q1、 Q2、 Q3、 Q4・・トランジスタ R1、 R2、 R3、 R4、 R5・・抵抗 D1、D2・・ダイオード 11・・温度センサ部 12・・電圧電流変換回路 整理番号 F96−00
(1) 化学式等を記載した書面 明細書
【数1】VC =A3in 3+A1inC :可変容量素子の印加電圧 Iin :温度に比例した電流 A3、A1:定数
【数2】Iin∝T
【数3】 VC=a3(T−TR3+a1(T−TR)+Vref3、a1 :定数 TR :変曲点温度 Vref :変曲点温度における生成電圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 演算増幅器の非反転端子を接地し反転端
    子とpnp及びnpnトランジスタのそれぞれのエミッ
    タとを接続したものに抵抗を直列接続して構成した電圧
    電流変換回路のおいて、前記抵抗を介して入力電圧を印
    加することにより前記演算増幅器の入力電圧範囲を広
    げ、低電圧動作を可能とした電圧電流変換回路を用いた
    ことを特徴とする温度補償圧電発振器。
JP9816897A 1997-03-31 1997-03-31 温度補償圧電発振器 Pending JPH10284936A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007267246A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ic、水晶発振器、tcxoモジュールおよび携帯電話機
JP2008271355A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 表面実装用の温度補償水晶発振器

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007267246A (ja) * 2006-03-29 2007-10-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ic、水晶発振器、tcxoモジュールおよび携帯電話機
JP4745102B2 (ja) * 2006-03-29 2011-08-10 パナソニック株式会社 基準電流制御回路、温度補償機能付き水晶発振器制御ic、水晶発振器および携帯電話機
JP2008271355A (ja) * 2007-04-24 2008-11-06 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 表面実装用の温度補償水晶発振器

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