KR20030007081A - 발진기 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 이용한 피드백 회로 및 증폭기들이 발진될 수 있도록 제공된다. 진동자와 함께 피드백 회로를 구성하는 부하 용량들이 형성된다. 이 부하 용량들 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 ε-TC는 전술된 온도 범위에서의 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 전술된 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 전술된 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 용량이다.

Description

발진기 및 그 제조 방법 { Oscillator and production method thereof }
본 발명은 압전 진동자를 이용한 피드백 회로 및 증폭기들을 갖는 발진기와그 제조 방법에 관계된다.
압전 진동자를 이용한 피드백 회로 및 증폭기들을 포함하는 발진기들에서, 티탄산 지르콘산납(lead titanate zirconate; Pb(TixZr1-x)O3) 또는 티탄산납(lead titanate; PbTiO3)을 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물들이 압전 진동자로서 널리 이용되고 있다.
그러나, 티탄산 지르콘산납 또는 티탄산납을 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물들은 그 안에 다량의 납을 함유하므로, 제조 과정에서 납 산화물(lead oxide)의 증발로 인해 제품들의 균일성이 감소하는 문제가 발생한다.
이러한 문제가 발생하는 것을 막기 위해, 그 안에 납을 함유하지 않거나, 단지 미량의 납을 함유하는 압전 세라믹 조성물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 환경 오염 문제의 관점에서도, 보다 적은 납 함유량은, 환경 친화도를 더욱 향상시킨다.
따라서, 티탄산납 등을 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물에 대한 대체물로서, SrBi2Nb2O9또는 CaBi4Ti4O15등과 같은 비스무스 층상 화합물의 이용을 생각할 수 있다. 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물은 그 안에 납 산화물들을 포함하지 않으므로, 전술된 문제을 일으킬 우려가 없다.
일반적으로, 압전 진동자를 이용한 피드백 회로 및 증폭기들을 포함하는 발진기의 발진 주파수는 온도의 변화에 따라 변한다. 이러한 주파수 변화의 주된 요인들 중 하나는, 온도에 의한 압전체의 공진 주파수의 변화이다.
따라서, 일반적으로, 공진 주파수의 온도 변화의 최소치를 갖는 압전체를 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, SrBi2Nb2O9또는 CaBi4Ti4O15등과 같은 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물에서, 일반적인 발진기의 사용 온도 범위에 있는, -20℃ 내지 80℃에서의 공진 주파수의 온도 변화율(fr-TC)이 높기 때문에, 높은 발진 주파수 정밀도를 요구하는 발진기에 대해 압전 세라믹 조성물이 압전 진동자로서 이용되기가 어려운 경우들이 있다.
fr-TC = (fr(max) - (fr(min))/(fr(20)·100)
여기서, fr(max)은 -20℃에서 80℃까지의 온도 영역에서의 최대 공진 주파수이고, fr(min)은 -20℃ 내지 80℃의 온도 범위에서의 최소 공진 주파수이며, fr(20)은 20℃에서의 주파수이다.
한편, 수정(水晶) 진동자를 이용한 발진기 등에서, 부하 용량의 온도 변화로써 수정 진동자의 공진 주파수의 온도 변화를 상쇄시키는 시도를 하였다.
이러한 시도는 커패시터(capacitor)들과 써미스터(thermistor)들을 포함하는 온도 보상 회로로서 발진 회로를 제공하고, 이러한 온도 보상 회로가 수정 진동자의 공진 주파수의 온도 변화를 상쇄하는 부하 용량으로서의 기능을 수행하게 한다. 이러한 발진 회로는 일반적으로 온도 보상 수정 발진기(temperature compensated crystal oscillator; TCXO)로 일컬어진다.
비록 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 이용한 발진기에 이러한 방법이 적용 가능하더라도, 부품들의 수가 증가하기 때문에 제조 비용의 증가와 발진기가 대형화되는 결과들이 발생하는 문제가 있다. 만약 비스무스 층상 화합물의 공진 주파수의 온도 변화가 부하 용량으로서 사용된 유전체의 비유전율의 온도 변화만을 이용하여 상쇄될 수 있다면, 공진 주파수의 온도 변화율을 쉽게 향상시킬 수 있게 될 것이다.
몇몇의 비스무스 층상 화합물들이 -20℃ 내지 80℃의 온도 범위에서 온도의 증가에 따라 공진 주파수들이 감소한다는 보고가 있었다(예를 들어, Jpn. J. Appl. Phy., Vol. 38, Part 1, 9B, pp. 5557-5560 참조). 발진기의 공진 주파수가 부하 용량의 감소에 따라 증가하는 것이 널리 알려져 있기 때문에, 그러한 비스무스 층상 화합물을 이용한 압전 진동자의 공진 주파수의 온도 변화는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서 온도의 증가에 따라 비유전율이 감소하는 유전체들을, 부하 용량으로서 사용하여 상쇄시킬 수 있음을 예측할 수 있다. 그러나, 구체적인 검토는 본원의 발명자들이 알고 있는 데까지 되지 않았다.
전술한 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 비스무스 층상 화합물을 그 주성으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백 회로 및 증폭기들을 갖는 발진기를 제공한다. 이 발진기는 진동자와 함께 피드백 회로를 구성하는 부하 용량들을 포함한다. 부하 용량들 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 ε-TC는 -20℃에서 80℃까지의 온도범위에서의 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 용량이다.
도 1은 본 발명에 따른 발진기의 회로도이다;
도 2는 본 발명에 따른 발진기에 사용되는 진동자의 사시도이다; 및
도 3은 본 발명에 따른 발진기에 사용되는 부하 용량 소자들의 용량의 온도 의존성을 보여주는 도표이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1 : 제 1 인버터2 : 제 2 인버터
3 : 피드백 회로4 : 진동자
5 : 저항6 : 제 1 부하 용량
7 : 제 2 부하 용량8 : 세라믹 소자
8a : 윗면8b : 밑면
A ~ C : 원형 전극D ~ F : 인출 전극
G, H : 단면
이러한 구성들에 따라, 각각의 부하 용량들의 ε-TC가 5000ppm/℃ 이상으로 설정됨에 의해, 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백 회로 및 증폭기들에 의한 발진 주파수의 온도 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
전술한 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명은 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백 회로 및 증폭기들을 갖는 발진기의 제조 방법을 제공한다. 이 방법은 진동자와 함께 피드백 회로를 구성하는 것들로서, 부하 용량들을 사용하는 단계를 포함한다. 부하 용량들 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 ε-TC는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 용량이다.
이러한 방법에 따라, 그 주성분으로, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 갖는 부하 용량들을 사용함에 의해, 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백 회로 및 증폭기들에 의한 발진 주파수의 온도 안정성을 향상시키는 것이 가능하다.
상기의 구성들 및 방법에서, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 비유전율의 평균 변화율인 ε-TC가 5000ppm/℃ 이상으로 설정된 이유는, 5000ppm/℃ 이상이 아니면, 발진 주파수의 온도 변화의 향상에 충분한 효과를 낼 수 없기 때문이다.
바람직하게는, 진동자로서 사용된 비스무스 화합물은 Bi2WO6, CaBi2Nb2O9, SrBi2Nb2O9, BaBi2Nb2O9, PbBi2Nb2O9, CaBi2Ta2O9, SrBi2Ta2O9, BaBi2Ta2O9, PbBi2Ta2O9, Bi3TiNbO9, Bi3TiTaO9, Bi4Ti3O12, SrBi3Ti2NbO12, BaBi3Ti2NbO12, PbBi3Ti2NbO12, CaBi4Ti4O15, SrBi4Ti4O15, BaBi4Ti4O15, PbBi4Ti4O15, Na0.5Bi4.5Ti4O15, K0.5Bi4.5Ti4O15, Ca2Bi4Ti5O18, Sr2Bi4Ti5O18, Ba2Bi4Ti5O18, Pb2Bi4Ti5O18, Bi6Ti3WO18, Bi7Ti4NbO21및 Bi10Ti3W3O30으로 구성된 그룹(group)으로부터 선택된 적어도 한 종류이다.
전술된 부하 용량들 각각은 페로브스카이트형 결정 구조의 세라믹 조성물을 그 주성분으로 하는 유전체 세라믹 조성물을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 바람직하게는, 부하 용량들 각각은 (Ba1-xSrx)TiO3, 이때, x=0.4 내지 0.7인 조성식으로 표현되는 세라믹 조성물을 그 주성분으로 하는 유전체 세라믹 조성물을 포함한다. 전술된 조성식에서 x의 값이 0.4 내지 0.7의 범위인 것이 바람직한 이유는, 이 범위 외에서는, 본 발명의 충분한 효과를 낼 수 없기 때문이다.
본 발명의 상술한 그리고 다른 목적들, 특징들 및 이점들이 첨부한 도면들과 함께 이하의 발명의 바람직한 실시형태들의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
(본 발명의 바람직한 실시형태들)
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 발진기는 직렬로 상호 접속된 제 1 인버터(1; inverter)및 제 2 인버터(2)의 두 개의 인버터(증폭기)들을 갖는다. 제 1 인버터(1) 및 제 2 인버터(2)는 전원 전압(VDD)이 각각 공급된다. 제 1 인버터(1)의 출력이 그 입력측으로 되돌아가는 피드백 회로(3)는 제 1 인버터(1)의 출력을 발진할 수 있도록 제공된다.
피드백 회로(3)는 제 1 인버터(1)의 입력측 및 출력측 양쪽 모두에 접속된 진동자(4), 진동자(4)에 병렬로 접속된 저항(5), 제 1 인버터(1)의 입력측에 접속된 제 1 부하 용량(6) 및 제 1 인버터(1)의 출력측에 접속된 제 2 부하 용량(7)을 포함한다. 각각의 제 1 부하 용량(6)과 제 2 부하 용량(7)의 다른 단자는 접지되어 있다. 그러한 발진기는 "콜피츠(Colpitts) 발진 회로"로 불린다.
진동자(4)는 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된다. 제 1 부하 용량(6) 및 제 2 부하 용량(7) 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 ε-TC는 -20℃에서80℃까지의 온도 범위에서의 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 용량이고, 그리고 100은 (80℃ - (-20℃))에 근거한 수치이다.
이러한 방식으로, 납을 함유하지 않고, 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 진동자(4)에 있어서, 제 1 부하 용량(6) 및 제 2 부하 용량(7) 각각의 ε-TC를 5000ppm/℃ 이상으로 설정하는 것은, 발진 주파수의 온도 변화율을 향상시키는 것을 가능하게 하고, 즉, 발진 주파수의 온도 안정성이 향상된 발진기의 신뢰도를 더욱 높일 수 있게 한다.
이후로, 압전체로 구성된 진동자(4)로서, SrBi2Nb2O9와 CaBi4Ti4O15를 그 주성분으로 하는 압전 세라믹 조성물로 구성되고 도 2에 보여진 구조를 갖는, 두께 종진동 모드(thickness extensional vibration mode)에서의 2차 고조파 진동자를 사용하고, 그리고 티탄산 바륨계(barium titanate-based) 유전체 세라믹 조성물을 포함하는 다른 부하 용량들을 사용하는 각각의 발진기들에 대해 설명될 것이다.
진동자(4)의 제조 방법은 다음과 같다. 첫째, 시작 원료로서, SrCO3, Bi2O3, CaCO3, Nb2O5, TiO2및 MnCO3가 준비된다. 이 원료들은 SrBi2Nb2O9+ 1 mol% MnCO3(이후 SBN으로 줄임) 및 CaBi4Ti4O15+ 1 mol% MnCO3(이후 CBT로 줄임)의 화학식이 될수 있도록 각각 중량되고, 약 16 시간 동안 볼 밀(ball mill)을 이용하여 각각의 원료들에 대해 습식 혼합을 수행하여, 제각각의 혼합물들을 얻는다. 건조 후에, 얻어진 혼합물들을 700℃ 내지 900℃에서 각각 하소하고, 그에 따라 제각각의 하소물들을 얻는다.
이때, 대강 분쇄시킨 후, 적당량의 유기 바인더(binder)를 첨가한, 각각의 하소물들은, 약 16 시간 동안 볼 밀을 이용하여 습식 분쇄되고, 그후 닥터 블레이드법(doctor blade method)에 의해 시트 성형된다. 40㎛ 내지 80㎛의 두께로 시트 성형된 시료들의 외부에, 그 일부는 페이스트(paste)로 인쇄된 내부 전극들을 가지고 있다. 인쇄에 의해 전극들이 형성된 시트들과 전극들이 없는 시트들은 두께 방향으로 번갈아 서로의 위에 겹쳐 쌓아져, 압착된다. 그에 따라, 도 2에 보여진 에너지-차폐형 세라믹 소자(8)가 제조된다.
도 2를 참조하면, 세라믹 소자(8)는 직각 평행육면체이고, 세라믹 소자(8)의 윗면과 밑면(8a 및 8b; 두께 방향의 양단면)에 각각 원형 전극(A)과 원형 전극(B)을 갖는다. 원형 전극들(A 및 B)은 세라믹 소자(8)의 윗면(8a) 및 밑면(8b)의 중심에 각각 위치하고, 세라믹 소자(8)를 그 윗면 쪽에서 수직으로 볼 때, 세라믹 소자(8)는 원형 전극(B)이 원형 전극(A)의 바로 아래에 위치하도록 설정된다.
세라믹 소자(8)의 내부에서, 원형 전극(C)이 원형 전극들(A 및 B) 사이의 중간에 위치하고, 세라믹 소자(8)를 그 윗면 쪽에서 수직으로 볼 때, 원형 전극들(A, B 및 C)은 서로 일치되어 있다. 인출 전극들(D, E 및 F)은 각각 원형 전극들(A, B 및 C)로부터 세라믹 소자(8)의 단면들까지 확장되도록 형성된다.
구체적으로, 인출 전극들(D 및 E)은 세라믹 소자(8)의 단면(G)에 노출되도록 각각 형성되고, 인출 전극(F)은 단면(H; 단면(G)의 반대면)에 노출되도록 형성된다. 이 단면들 위의 노출 전극들(D, E 및 F)에서 인가된 전압에 의해, 외부 원형 전극들(A 및 B)과 내부 원형 전극(C) 사이에 전위차가 발생하고, 그에 따라 세라믹 소자(8)는 두께 종진동의 2차 고조파 모드로 여자(勵磁)된다.
그러한 세라믹 소자(8)는 1100℃ 내지 1300℃에서 소성(燒成)되고, 100℃ 내지 200℃의 절연 오일(oil)에서 10분 내지 30분 동안 5kV/mm 내지 10kV/mm의 직류 전압을 인가하여 분극 처리를 하고, 그에 따라 진동자(4)로서의 압전 세라믹을 얻는다. 도 2에서 지시한 대로, 분극 방향은 원형 전극들(A, B 및 C)의 전극 표면들에 수직한 방향, 즉, 세라믹 소자(8)의 두께 방향이다.
얻어진 압전 세라믹 시료들에 대해, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서 두께 종진동 2차 고조파 모드의 공진 주파수들의 온도 변화가 측정된다. 그 결과는 온도가 증가함에 따라 SBN과 CBT 양쪽 모두 공진 주파수가 감소되고, 공진 주파수의 온도 변화율, fr-TC는 SBN에 대해서 20.7ppm/℃이고, CBT에 대해서 29.6ppm/℃이다.
다음으로, 제 1 부하 용량(6) 및 제 2 부하용량(7)으로서, (Ba1-xSrx)TiO3(여기서, x=0.3 내지 0.8)로 표현되는 세라믹 조성물을 그 주성분으로 하는 유전체 세라믹 조성물들이 본 발명의 실시형태들에 사용된다. 그에 대한 제조 방법이 아래에 보여진다.
첫째로, 시작 원료로서, BaCO3, SrCO3, TiO2및 MnCO3가 준비된다. 이 원료들은 (Ba1-xSrx)TiO3+ 0.3wt%Al2O3+ 0.3wt%SiO2(여기서, x=0.3 내지 0.8)의 화학식이 될 수 있도록 각각 중량되고, 약 16 시간 동안 볼 밀을 이용하여 원료들에 대해 습식 혼합을 수행하여, 혼합물을 얻는다. 건조 후에, 얻어진 혼합물을 900℃ 내지 1200℃에서 하소하고, 그에 따라 하소물을 얻는다.
이때, 대강 분쇄시킨 후, 적당량의 유기 바인더(binder)를 첨가한, 하소물은, 약 16 시간 동안 볼 밀을 이용하여 습식 분쇄되고, 건조된 후, 40 메쉬 시브(mesh sieve)를 통해 입자 크기 조정을 하게 된다.
다음은, 1000kg/cm2의 압력 하에 전술한 분쇄된 하소물을 직경 12mm, 두께 1.2mm의 원반(disk)으로 성형하고, 그후 원반 모양 세라믹 시료를 얻는 보통의 소성 방법을 이용하여, 원반은 1250℃ 내지 1350℃에서 소성된다.
보통의 방법을 이용하여, 은 페이스트를 도포하고 이 세라믹 시료의 양쪽 주표면들 위에 인쇄하여, 그에 따라 은 전극들이 그 위에 형성된다. 이때, 세라믹 시료는 양쪽 주표면 위의 전극들 사이의 용량이 20pF이 되도록 절단되고, 따라서, 부하 용량 소자를 얻는다.
이후로, 부하 용량 소자들 사이의 구분은 사용된 조성물들의 x값들(0.3 내지 0.8)에 의해 수행된다. 또한, -20℃ 내지 80℃에서 비유전율이 작고, 각각 TiO2를 그 주성분으로 하는, 용량이 20pF인 보통 커패시터들을 준비한다. 이들은 비교용 부하 용량 소자들, 즉, 모니터(monitor)들로서 사용된다.
도 3은 이러한 부하 용량 소자들의 용량의 온도 의존성을 보여 준다. 표 1은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 비유전율의 온도 변화율(ε-TC)들을 보여 준다.
도 3 및 표 1에서, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하는 조성물들은 x=0.4, x=0.5, x=0.6, x=0.7 및 x=0.8의 총 다섯 개의 조성물들이다. 이들 중에서, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 조성물들은 x=0.4, x=0.5, x=0.6 및 x=0.7인 것이고 따라서, 이들 네 개의 실시예들은 본 발명의 범위 내의 실시예들에 해당된다.
다음은, 전술된 압전 진동자, 부하 용량 등을 이용하여 도 1에 보여진 콜피츠형 발진 회로가 형성되고, 부하 용량의 종류와 공진 주파수의 온도 변화율인 fosc-TC(단위: ppm/℃) 사이의 관계가 조사된다.
fosc-TC = (fosc(max) - fosc(min))/(fosc(20)·100)
여기서, fosc(max)는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 최대 발진 주파수이고, fosc(min)는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 최소 발진 주파수이고, fosc(20)은 20℃에서의 주파수이다. fosc-TC의 조사된 결과들은 아래의 표 2에 보여 진다.
표 2에 보여진 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 시료들의 어느 것도 fosc-TC(ppm/℃)가 15 이하이고, 즉, 비유전율의 온도 변화율이 작은 TiO2를 그 주성분으로 하는 보통 커패시터들을 사용하는 경우들(모니터들 또는 비교 실시예들)과 비교했을 때 그들 중 어느 것도 비유전율의 온도 변화율이 작다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 시료들이 압전 발진기에 유용하다는 것이 명확하다. 표 2에서, "*"가 표시된 시료들은 본 발명의 범위 외의 것들이다.
발진 주파수의 온도 변화율 fosc-TC가 이러한 방식에서 감소하는 이유는 온도 변화에 의한 압전 진동자의 공진 주파수의 감소와 부하 용량의 감소에 의한 발진 주파수의 증가가 서로 상쇄되기 때문이다.
한편, 압전체로 구성된 진동자와 본 발명에 따른 부하 용량들은 전술된 실시형태들의 재료와 형상에 제한되지 않는다. 그러나, 진동자와 부하 용량들은 발명의 요지의 범위 내에 있는 한은 유효하다. 또한, 전술된 진동자의 진동 모드에 관련해서, 두께 종진동 2차 고조파 모드가 실시형태들에서 사용된다. 그러나, 두께 종진동 3차 고조파 모드 또는 두께 전단(shear) 진동 모드 등과 같은 다른 모드가 또한 사용될 수도 있다. 더욱이, 발진 회로로서, 도 1에 보여진 콜피츠 회로가 채택되었으나, 발진 회로는 발명의 요지의 범위 내에 있는 한은 콜피츠 회로에 한정되지 않는다.
콜피츠 회로의 발진 주파수(fosc)는 다음의 방정식으로 표현된다.
fosc = fr·(1 + C1/(C0 + CL)1/2
여기서, 부하 용량들(6 및 7)의 용량은 각각 CL1 및 CL2이고, 진동자(4)의 공진 주파수는 fr이고, 진동자(4)의 등가 직렬 용량은 C1이고, 진동자(4)의 등가 병렬 용량은 C0이고, 이때 CL = (CL1·CL2)/(CL1 + CL2)이다.
비스무스 화합물이 진동자(4)로서 사용될 때, fr은 온도의 증가에 따라 감소하고 따라서, CL도 또한 온도의 증가에 따라 축소되어야 한다는 것을 알 수 있다. 온도의 증가에 따라 CL을 축소시키기 위해서, 온도의 증가에 따른 CL1과 CL2의 축소가 또한 필요하다.
따라서, CL1과 CL2로서, 음의 기울기의 용량-온도 특성을 갖는 부하 용량들의 사용은, 음의 기울기의 fr의 온도 특성이 상쇄되도록 할 수 있음을 알 수 있다.
일반적으로, 비스무스 화합물은 기존의 압전 세라믹들(본 발명의 실시형태들에서, k=10% 내지 20%)보다 작은 전기 기계 결합 계수 k를 갖는다. 또한, 전기 기계 결합 계수 k는 C1/C0에 비례한다. 따라서, k가 작으면, C1/C0도 또한 작고, 따라서, 수학식 1에서 보여지는 바와 같이, CL의 변화에 의한 상쇄 효과는 감소한다. 상술된 것으로부터 보여지는 바와 같이, 작은 전기 기계 결합 계수 k를 갖는 비스무스 화합물로 구성된 진동자(4)를 사용한 발진기에 있어서, 음의 기울기의 용량-온도 특성과 비유전율의 큰 온도 변화율을 갖는 각각의 제 1 부하 용량(6) 및 제 2 부하 용량(7)이 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라, 비스무스 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 진동자를 사용한 피드백 회로 및 증폭기들을 포함하는 발진기에 있어서, 피드백 회로 내의 부하 용량들의 각각의 ε-TC가 5000ppm/℃ 이상이므로, 발진 주파수의 온도 변화율(fosc-TC)을 작게 할 수 있고, 그에 따라 낮은 제조 비용으로 높은 발진 주파수 정밀도를 갖고 소자들의 크기를 현저하게 변경할 필요없는 유용한 발진기를 얻는 효과를 제공한다.
한편 본 발명은 바림직한 실시형태들로 현재 고려되는 것들을 참조하여 설명되었고, 더 넓은 양상들의 발명에서 벗어나지 않고 다양한 변형예들과 수정예들이 만들어 질 수 있다는 것을 알 수 있으며 따라서, 발명의 본래의 의도와 범위 내에 있는 그러한 변형예들과 수정예들을 첨부된 청구항들이 모두 포함하도록 하였다.

Claims (4)

  1. 비스무스(bismuth) 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백(feedback) 회로와 증폭기들을 갖는 발진기에 있어서, 상기 발진기는
    상기 진동자와 함께 상기 피드백 회로를 구성하는 부하 용량들을 포함하고, 상기 부하 용량들 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 상기 ε-TC는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 상기 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 상기 용량인 것을 특징으로 하는 발진기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 부하 용량들 각각은, 페로브스카이트(Perovskite)형 결정 구조의 세라믹 조성물을 그 주성분으로 하는 유전체 세라믹 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 부하 용량들 각각은 (Ba1-xSrx)TiO3, 이때, x=0.4 내지 0.7인 조성식으로 표현되는 세라믹 조성물을 그 주성분으로 하는 유전체 세라믹 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 발진기.
  4. 비스무스(bismuth) 층상 화합물을 그 주성분으로 하는 압전체로 구성된 진동자를 사용한 피드백(feedback) 회로 및 증폭기들을 갖는 발진기의 제조 방법에 있어서, 상기 방법은
    상기 진동자와 함께 상기 피드백 회로를 구성하는 부하 용량들을 사용하는 단계를 포함하고, 상기 부하 용량들 각각은, 그 주성분으로, -20℃에서 80℃까지의 온도 범위의 1/2 이상의 영역에서의 온도가 증가함에 따라 비유전율이 감소하고, ε-TC가 5000ppm/℃ 이상인 유전체를 가지며, 이때 상기 ε-TC는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 상기 비유전율의 평균 변화율이며, (Cmax - Cmin)/(C20·100)으로 표현되고, 여기서 Cmax는 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최대치이고, Cmin은 -20℃에서 80℃까지의 온도 범위에서의 용량의 최소치이고, 그리고 C20은 20℃에서의 상기 용량인 것을 특징으로 하는 발진기의 제조 방법.
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