JPH11330855A - 圧電発振器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】低消費電流であり、広範囲に制御可能なＡＧＣ
アンプ回路を備えた圧電発振器を可能にする。 【解決手段】抵抗Ｒ１５により決定される発振器の発振
ループの信号の一部を容量素子Ｃ８を介しトランジスタ
Ｑ３のベースに入力し更に、前記トランジスタのベース
バイアス電圧を抵抗Ｒ１５、Ｒ１６と可変抵抗ＲＶ１と
から構成する分圧回路により調整することで、前記トラ
ンジスタＱ３の動作点を変化させ、前記トランジスタＱ
３のコレクタより出力する信号の信号レベルを制御す
る。更に、前記信号は抵抗Ｒ１８とＲ１９との直列回路
を介し発振回路内のトランジスタＱ１のベースに入力す
る構成とすることで、広範囲に制御可能なＡＧＣアンプ
回路となり、また、前記ＡＧＣアンプ回路を有する圧電
発振器は低消費電流化が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は圧電発振器に関し、特に
励振電流を制御した圧電発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に周波数信号源として広く用いられ
ている水晶発振器はその出力周波数の安定性が要求され
ており、この要求を満足する為に例えば温度変化による
周波数変動に対しては温度補償回路を備える等の様々な
工夫がされている。また、水晶発振器の出力周波数の安
定性を損なうその他の要因には水晶振動子に流れる励振
電流のレベル変動によるものがある。

【０００３】これは、例えば温度補償回路を備えた水晶
発振器では、温度変化に伴い水晶振動子の周波数温度特
性を相殺するように負荷容量を変化させているが、負荷
容量の変化は同時に発振ループを流れる励振電流のレベ
ル変動を生じ更に、この励振電流のレベル変動は、これ
を供給するアンプ回路のトランジスタの動作条件を変化
させてしまう為、発振周波数の変動を引き起こすという
問題が発生する。この問題の解決には、従来よりＡＧＣ
回路を用い前記励振電流のレベルを一定に保つよう発振
回路内のトランジスタの動作電流を制御する方法が知ら
れている。

【０００４】図３は従来の一般的なＡＧＣアンプ回路を
備えた水晶発振器の一例を示した回路図である。同図の
点線で囲まれた回路１は一般的なコルピッツ型発振回路
を示している。該発振回路の構成は発振用トランジスタ
Ｑ１のベースと接地間にベースから順にコンデンサＣ１
とコンデンサＣ２とコンデンサＣ３とを接続した直列回
路と、更に、水晶振動子Ｙ１とコンデンサＣ４との直列
回路がそれぞれ接続されている。前記トランジスタＱ１
のエミッタと接地間にはエミッタから順に抵抗Ｒ１とコ
イルＬ１とを接続した直列回路が接続されている。そし
て、前記コンデンサＣ２と抵抗Ｒ１及び、コンデンサＣ
３とコイルＬ１とはそれぞれ並列となるように接続され
ている。前記トランジスタＱ１のコレクタと電源Ｒｅｇ
との間には抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との直列回路が接続され
ており、該直列回路の接続中間点と接地間にはバイパス
コンデンサＣ５が接続されている。

【０００５】また、同図の点線で囲まれた回路２はアン
プ回路を示している。該アンプ回路の増幅用トランジス
タＱ２のエミッタと接地間には抵抗Ｒ３とコンデンサＣ
５の並列回路が接続されており、ベースと接地間には抵
抗Ｒ４が接続されており、また、ベースとコレクタ間に
は抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との直列回路が接続されている。
更に、該抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との直列回路の接続中間点
と電源Regとは抵抗Ｒ７を介し接続されている。そし
て、前記トランジスタＱ２のベースと前記発振回路のト
ランジスタＱ１のコレクタとはコンデンサＣ６を介し接
続されている。前記トランジスタＱ２のコレクタは抵抗
Ｒ８とコンデンサＣ７を介し発振器の出力端子ＯＵＴに
接続されると共に、抵抗Ｒ９とコンデンサＣ８を介し点
線で囲まれた整流回路３内のダイオードＤ１のカソード
とダイオードＤ２のアノードとにも接続されている。前
記整流回路内のダイオードＤ１、Ｄ２のそれぞれ他の一
方の端子との間には抵抗Ｒ１０が接続されると共に、接
地間とにはそれぞれコンデンサＣ９、コンデンサＣ１0
を接続している。そして前記ダイオードＤ１のアノード
は抵抗Ｒ１１を介し、前記発振回路１のトランジスタＱ
１のベースに帰還接続されている。尚、前記ダイオード
Ｄ２のカソードにはバイアス電圧を印加する為、前記抵
抗９と接地との間に接続される抵抗Ｒ１２と抵抗Ｒ１３
との直列回路の中間接続点が接続されている。

【０００６】次にこの様な構成を有する発振回路の動作
について説明する。前記発振回路１は先に説明した通り
一般的なコルピッツ型発振回路である為、ここではその
動作についての説明を省略する。前記発振回路１の前記
トランジスタＱ１のコレクタには、該発振回路１の設定
条件に基づく所望の信号が発生しする。該信号はコンデ
ンサＣ６を介し次段回路である前記アンプ回路２の前記
トランジスタＱ２のベースに供給され更に、アンプ回路
の設定条件に基づきレベル増幅され前記トランジスタＱ
２のコレクタより出力される。そして、増幅された該信
号は前記抵抗Ｒ８及び、コンデンサＣ７を介し、発振器
出力信号として出力されると共に、抵抗Ｒ９及び、コン
デンサＣ８を介し、整流回路３のダイオードＤ１とダイ
オードＤ２とに供給される。ここで、整流回路３に供給
された信号のプラス側サイクルの信号は前記ダイオード
Ｄ２を通過し、また、マイナス側サイクルの信号は前記
ダイオードＤ１を通過する為、前記抵抗Ｒ１０の端子間
には前記ダイオードＤ１と接続する端子側の電位が負極
性となる電圧が発生する。

【０００７】更に、前記負極性の電圧は前記抵抗Ｒ１１
を介し前記発振回路１内のトランジスタＱ１のベースに
供給される。これにより発振回路１の出力が高レベルに
なると、前記アンプ回路２の出力も高レベルとなり、前
記整流回路３に供給される信号のマイナス側サイクルの
極小値とプラス側サイクルの極大値との差が増加し、こ
れに伴い前記抵抗Ｒ１０の端子間に発生する電位差は広
がり、負極性の電圧の絶対値は大きくなる。そして、該
負極性の電圧が前記発振回路１のベースに帰還される
と、その電圧変動量に基づきトランジスタＱ１のベース
バイアス電圧を下げる為、該トランジスタＱ１からの出
力のレベルは低下する。また、前記発振回路１の出力レ
ベルが低下した場合は上記で説明した動作と逆の動作で
ある為、説明を省略する。従って、以上の動作を繰り返
し行うことにより、発振器はその設定条件に基づき安定
なレベルの出力信号を出力する。尚、負極性の直流電圧
値の設定は前記抵抗Ｒ１２とＲ１３とから成る分圧回路
の分圧比を調整することにより行うことができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする問題】しかしながら、上記の
ような構成は、アンプ回路の出力信号を発振器の出力端
子側と整流回路側とに分流させている為、アンプ回路の
出力信号のレベルはその増幅機能を高めて発振器の出力
信号レベル以上で信号を出力する必要があった。従っ
て、アンプ回路の増幅機能を高めることにより水晶発振
器の消費電流が増加するという問題があった。また、ト
ランジスタＱ１のベースに供給する負極性の電流の絶対
値を大きくするには分圧回路の抵抗１９と抵抗２０との
接続点の電位を高電位とすることにより容易に設定可能
であるが、この様な設定ではＡＧＣ回路は発振器電源投
入直後の励振レベルが所定値以下の状態であっても、大
きな負極性の直流電流を発生する為、励振レベルを低く
抑えようと動作する。その為、発振器の出力信号が電源
投入時から所要レベルに達するまでに時間がかかるとい
う起動特性の悪化という問題が発生する。

【０００９】上記の様な起動特性の悪化を回避する為
に、ＡＧＣ回路の主な設定をアンプ回路の出力信号のレ
ベルの調整により行っている。即ち、発振器が安定な発
振状態となった時に十分な負極性の直流電圧を図３に示
すトランジスタＱ１のベースに供給する為に予めアンプ
回路２の出力を高レベルにすることにより整流回路内の
抵抗Ｒ１２の端子間に高電位を発生させ、また、分圧回
路の抵抗１９と抵抗２０との接続点の電位を低電位とな
るように設定する。これにより、整流回路からトランジ
スタＱ１のベースに供給される直流電流は発振器の出力
の増加に伴い増加する為、発振器電源投入直後はその直
流電流は小さい値となり、起動特性の悪化という問題を
回避することが可能となる。しかし、この様な調整方法
は発振器の出力信号のレベル規定以上となるレベルにて
設定を行うことが不可能である為、前記出力信号が低い
レベル規定が低い場合、ＡＧＣ回路の設定の範囲が狭く
なり、その設定が困難となると共に、十分な起動特性の
改善が行えないという問題が生じていた。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、本発明に係わる圧電発振器の請求項１記載の発明
は、圧電振動子を基準周波数源とする発振回路とオート
ゲインコントロール回路（以下ＡＧＣ回路と称す）とを
備えた圧電発振器に於いて、前記ＡＧＣ回路はエミッタ
を接地した第１のトランジスタ素子を有し、該トランジ
スタ素子のベースに前記発振回路の発振ループの信号を
容量素子を介して供給すると共に、前記トランジスタ素
子のコレクタとエミッタとを当該発振回路の発信用トラ
ンジスタのベースとアース間に挿入することによって、
発振ループ信号レベルが所望値になるように構成したこ
とを特徴とするＡＧＣアンプ回路を備えたことを特徴と
している。

【００１１】請求項２記載の発明は請求項１記載の発明
に加え更に、前記ＡＧＣアンプ回路内の第１のトランジ
スタ素子のベースに入力する直流電圧の値を調整するこ
とにより前記トランジスタの動作点を変化させ、前記励
振電流を所望の値に設定することを可能とした構成を特
徴としている。

【００１２】

【発明の実施形態】以下に図示した実施例に基づいて本
発明を詳細に説明する。図１は本発明に基づいた水晶発
振器の一実施例を示す回路図である。同図に示す点線に
囲まれた発振回路１及び、アンプ回路２は先の図３に示
すものとほぼ等しく同一部分には同一の符号を付与し、
その説明を省略する。本発明が従来と異なる点は、上記
発振回路１のコイルL1とアースとの間に抵抗Ｒ１４を接
続し、この抵抗Ｒ１４により取り出した発振ループ信号
の一部をコンデンサＣ１１を介しＡＧＣ回路のトランジ
スタＱ３のベースに供給するように構成しているところ
と、前記トランジスタＱ３のベースに抵抗Ｒ１５、Ｒ１
６、ＲＶ１から成る分圧回路により電源電圧を分圧した
直流電圧を入力するように構成としているところと、更
に、電源電圧を前記Ｒ１７を介しトランジスタＱ３とコ
ンデンサＣ１２に供給するように構成し、該コンデンサ
Ｃ１２の他の一方の端子は接地しているところと、前記
トランジスタＱ３のコレクタは抵抗Ｒ１８とＲ１９を介
し発振回路内のトランジスタＱ１のベースに接続される
ているところにある。尚、電源Regと接地間に接続され
ているコンデンサＣ１３及び、前記抵抗Ｒ１８とＲ１９
との接続中間点と接地間に接続されているコンデンサＣ
１４はバイパスコンデンサである。

【００１３】次に動作について説明する。図２はＡＧＣ
回路の動作を説明するものである。同図（ａ）は、前記
トランジスタＱ３のベースに供給する信号を示すもので
あり、同図（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は同図（ａ）に示す
信号（１、２、３）のそれぞれを前記トランジスタＱ３
のベースに供給した場合にトランジスタＱ３のコレクタ
に発生する電圧を示したものである。先ず、トランジス
タＱ３のコレクタのベースに供給する信号が同図（ａ）
に示す信号１である場合について考える。前記信号１の
プラス側サイクルが供給されるとトランジスタＱ３は動
作状態に近づく為、電源から供給される直流電流は図１
に示す抵抗Ｒ１７を介しトランジスタＱ３のコレクタか
らエミッタを通り接地へと流れ、トランジスタＱ３のコ
レクタは０Ｖ電位へと引き込まれる。また、信号１のマ
イナス側サイクルではトランジスタＱ３は非動作状態と
なる為、電源から供給される直流電流は前記抵抗Ｒ１７
を介しコンデンサＣ１２に電荷がチャージされるまで接
地に流れる。この時、コンデンサＣ１２にチャージ電流
が流れる間、該コンデンサＣ１２の端子間には電位が生
じる為、トランジスタＱ３のコレクタの電位はプラス側
電位に引き上げられる。従って、信号１が供給される
と、トランジスタＱ３のコレクタに発生する電圧は同図
（ｂ）に示す実線４の通りとなり、更に、その平均的な
直流電圧は同図（ｂ）に示す点線５となる。

【００１４】次に、トランジスタＱ３のベースに供給す
る信号の励振レベルが前記信号１と比較し低レベルであ
る信号２である場合について考える。同図（ａ）に示す
信号２のプラス側半サイクルが供給されるとトランジス
タＱ３の動作状態は信号１を供給した場合と比較し、完
全な動作状態からは離れる為、０Ｖ方向への引き込みが
弱いものとなる。また、マイナス側サイクルが供給され
るとトランジスタＱ３の動作状態は信号１を供給した場
合と比較し電圧が高くなり、動作停止状態から離れる
為、トランジスタＱ３のコレクタに発生する電圧は高く
ならない。従って、信号２を供給すると、トランジスタ
Ｑ３のコレクタの電圧変動は同図（ｃ）に示す実線６と
なり、更に、この電圧の平均直流電圧は一点鎖線７に示
す通りとなり、信号１の場合の平均直流電圧を示す点線
５と比較し、電圧値は高くなる。

【００１５】一方、トランジスタＱ３のベースに供給す
る励振レベルが信号１と比較し大きい信号３である場合
を考える。前記信号３のプラス側サイクルが供給される
と、トランジスタＱ３は信号１の場合と比較し動作状態
に近づく為、コレクタの電圧は０Ｖへと近づき、また、
マイナス側サイクルが供給される場合は信号１の場合と
比較し完全停止状態に近づく為、トランジスタＱ３のコ
レクタの電圧は高くなる。従って、信号３が供給される
とトランジスタＱ３のコレクタの電圧変化は同図（ｄ）
に示す電圧８となり、更に、その平均的な直流電圧は同
図（ｄ）に示す２点鎖線９となり、信号１の場合の平均
直流電圧を示す点線５と比較して低電位となる。従っ
て、励振レベルが低くなると、トランジスタＱ３のベー
スに供給される信号のレベルが低くなる為、トランジス
タＱ３のコレクタに発生する直流電圧、即ち、トランジ
スタＱ１のベースに供給される電圧が高くなり、励振レ
ベルを高くするよう機能する。また、励振レベルが高く
なると、トランジスタＱ３のベースに供給される信号の
レベルが高くなる為、トランジスタＱ３のコレクタに発
生する直流電圧、即ち、トランジスタＱ１のベースに供
給される電圧が低くなり、励振レベルを低くするよう機
能する。また、前記抵抗Ｒ１７とコンデンサＣ１２で決
まる時定数を適切な値に設定することによりコレクタに
発生する電圧を直流動作点の電圧より低い値を保つこと
が可能なる。更に、前記抵抗ＲＶ１を可変抵抗とするこ
とによりトランジスタＱ３の直流動作点の調整を行うこ
とによりＡＧＣアンプ回路の出力電圧値の調整を可能と
している。

【００１６】これらの構成により、ＡＧＣアンプ回路は
発振回路の励振レベルに応じて、これを打ち消すように
機能する為、励振レベル変動に基づき発生する周波数変
動を抑圧することが可能となる。尚、本発明を水晶振動
子を用いた水晶発振器を例にして説明したが、本発明は
これのみに限るものでなく、その他の圧電材料による振
動子を用いた圧電発振器にも適用可能であることは言う
までもない。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
はＡＧＣ回路に入力する信号としてアンプ回路からの出
力信号を利用せず発振ループの励振信号を利用している
為、発振器出力レベルの損失が少なく消費電流を減少す
ることが可能となる。請求項２記載の発明は上記請求項
１記載の発明に加え、発振器出力信号のレベル規定の影
響を受けずにＡＧＣ回路の調整が行える為、広範囲はＡ
ＧＣ制御が可能となり、これにより高安定な周波数を出
力する水晶発振器を可能にするという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくＡＧＣ回路の一実施例の全体図
を示す。

【図２】従来のＡＧＣ回路の一実施例を示す。

【図３】従来のAGC回路を有する水晶発振器の一実施例
を示す回路図。

【符号の説明】

１・・・発振回路 ２・・・アンプ回路 ３・・・整
流回路 Ｑ３・・・トランジスタ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧電振動子を基準周波数源とする発振回路
   とオートゲインコントロール回路（以下ＡＧＣ回路と称
   す）とを備えた圧電発振器に於いて、前記ＡＧＣ回路は
   エミッタを接地した第１のトランジスタ素子を有し、該
   トランジスタ素子のベースに前記発振回路の発振ループ
   の信号を容量素子を介して供給すると共に、前記トラン
   ジスタ素子のコレクタとエミッタとを当該発振回路の発
   信用トランジスタのベースとアース間に挿入することに
   よって、発振ループ信号レベルが所望値になるように構
   成したことを特徴とするＡＧＣアンプ回路を備えた圧電
   発振器。
2. 【請求項２】前記ＡＧＣアンプ回路内の第１のトランジ
   スタ素子のベースに入力する直流電圧の値を調整するこ
   とにより前記トランジスタの動作点を変化させ、前記励
   振電流を所望の値に設定することを可能としたことを特
   徴とする前記請求項１記載の圧電発振器。