(57)【要約】【課題】ＥＣＬ出力回路を備えて電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性を改善する手段を得る。【解決手段】電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子Ｙ１と、発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、圧電振動子Ｙ１を加熱する発熱体７と、発熱体を制御する温度制御回路８と、発振回路１１の出力に接続されるＥＣＬ出力回路１３と、を備えた電圧制御型圧電発振器である。圧電振動子Ｙ１は、ＡＴカット水晶振動子であり、ＥＣＬ出力回路１３は、発振回路１１の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、圧電振動子Ｙ１の温度が常温以下では発熱体７を温度制御回路８で制御して圧電振動子Ｙ１の温度を常温に保持し、常温以上は圧電振動子Ｙ１の周波数温度特性を用いる電圧制御型圧電発振器を構成する。【選択図】図１
2011199335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電振動子と、前記圧電振動子を励振する発振回路と、発振周波数を電圧により制御す
る周波数電圧制御回路と、発熱体と、前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、前記
発振回路の出力に接続されるＥＣＬ出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって
、
前記圧電振動子と前記発振回路と前記周波数電圧制御回路と前記発熱体と前記温度制御
回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載する絶縁基板を有し、
前記圧電振動子は、ＡＴカット水晶振動子であり、
前記ＥＣＬ出力回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有し、
前記圧電振動子をカット角により高温領域の周波数偏差を補正すると共に、前記温度制
御回路が前記発熱体の温度を制御することにより前記圧電振動子の低温領域の周波数偏差
を補正することを特徴とする電圧制御型圧電発振器。
【請求項２】
前記ＡＴカット水晶振動子は第１の周波数偏差幅と第２の周波数偏差幅とが実用上同じ
となるカット角を備え、
基準温度は記電圧制御型圧電発振器の内部温度と周囲温度との温度差と、常温との和で
あり、
基準周波数偏差は前記基準温度における前記圧電振動子の周波数偏差であり、
前記第１の周波数偏差幅は常温及び上限温度における夫々の周波数偏差と前記基準周波
数偏差との差うちで最大の周波数偏差幅であり、
前記第２の周波数偏差幅は前記圧電振動子の周波数偏差が極小の温度における周波数偏
差と前記基準周波数偏差との差の周波数偏差幅であることを特徴とする請求項１に記載の
電圧制御型圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動子の温度に従って容量値が直線的に変化する回路を前記圧電振動子に直列
接続したことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御型圧電発振器。
【請求項４】
熱伝導性の樹脂によって前記発熱体の上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ、且
つ前記発熱体と前記ＥＣＬ出力回路との挟まれた間も前記樹脂が充填されていることを特
徴とする請求項１乃至３に記載の電圧制御型圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御型水晶発振器に関し、出力にＥＣＬ回路を備えた電圧制御型水晶発
振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、光デジタル通信網の普及により発振周波数が数百ＭＨｚと非常に高い電圧制御型
水晶発振器が要求され、ＥＣＬロジック・インバータを用いて高周波化を図っている。Ｃ
−ＭＯＳロジックの場合は電荷が飽和してスイッチングするのに対し、ＥＣＬ（Emitter 
Coupled Logic）の場合には不飽和でスイッチングするので、スイッチングスピードが速
くなり、高周波に適している。
特許文献１には、ＥＣＬ回路（ＥＣＬＩＣ）を用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ
）が開示されている。図１１は、ＶＣＸＯの回路図であり、水晶振動子Ｙ１を有するコル
ピッツ型の水晶発振回路１１と、周波数電圧制御回路１２と、ＥＣＬ回路１３とを備えて
いる。
水晶発振回路１１は、トランジスターＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続され
ていると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接
地との間に負荷容量の一部を担うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。
そして、この直列回路の接続中点がトランジスタＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に
接続される。またトランジスターＱ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃ
に接続されている。なおコンデンサＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサ
である。
【０００３】
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路とを直列に接続した直列回路
が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
【０００４】
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ回
路１３に入力し、ＥＣＬ回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように構成され
ている。ＥＣＬ回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端子と、レベル
調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制御
可能に構成され、ＥＣＬ回路１３を介して出力される。
なお、ＶＣＸＯの小型化を図るために、可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２を発振器用基板
上にベアチップで搭載すると共に、ＶＣＸＯの抵抗を発振器用基板上に印刷抵抗により形
成するようにしたと開示されている。
ＥＣＬの特徴はトランジスターを飽和させずに利用するため、状態変化が非常に高速に
行える点であり、ＥＣＬで構成された回路は非常に高速で動作する。欠点は、トランジス
ターを常に駆動しているため、電力消費が大きくなる点で、その電力のほとんどは熱とし
て放熱される。
また、ＥＣＬは入力段として差動増幅回路構成を使い、入力電圧の適当な論理関数がそ
の増幅回路を制御して、出力トランジスターのベースを制御するために、差動増幅回路の
Ｈｉｇｈレベルと、Ｌｏｗレベルとの中間の電圧をバイアスとして供給する。なお、出力
トランジスターはコレクタ接地回路構成（エミッタフォロア）で使われる。スイッチング
にかかる遅延時間は1ナノ秒（１０-9ｓ）未満であり、ＥＣＬが最も高速な論理素子とさ
れてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９２８４公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されている電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）は、Ｅ
ＣＬ回路から放熱される熱のため、電圧制御型圧電発振器の周囲温度と、水晶振動子が呈
する温度とに温度差が生じ、高温領域にシフトした水晶振動子の温度特性が、電圧制御型
圧電発振器の周波数温度特性となり、電圧制御型圧電発振器の温度特性が劣化するという
問題があった。
また、電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の劣化を防止するに、水晶振動子とＥＣ
Ｌ回路とを離間させると、回路基板を大きくなり、ひいては電圧制御型圧電発振器が大き
く成り過ぎ、求められる最近の要求に反するという問題があった。
本発明は上記問題を解決するためになされたもので、小型化と周波数温度特性の改善と
を図った高周波の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の
形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００８】
［適用例１］本発明に係る電圧制御型圧電発振器は、圧電振動子と、前記圧電振動子を
励振する発振回路と、発振周波数を電圧により制御する周波数電圧制御回路と、発熱体と
、前記発熱体の温度を制御する温度制御回路と、前記発振回路の出力に接続されるＥＣＬ
出力回路と、を備えた電圧制御型圧電発振器であって、前記圧電振動子と前記発振回路と
前記周波数電圧制御回路と前記発熱体と前記温度制御回路と前記ＥＣＬ出力回路とを搭載
する絶縁基板を有し、前記圧電振動子は、ＡＴカット水晶振動子であり、前記ＥＣＬ出力
回路は、前記発振回路の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ回路を有し、前記
圧電振動子をカット角により高温領域の周波数偏差を補正すると共に、前記温度制御回路
が前記発熱体の温度を制御することにより前記圧電振動子の低温領域の周波数偏差を補正
することを特徴とする電圧制御型圧電発振器である。
【０００９】
ＥＣＬ出力回路を有する電圧制御型圧電発振器に発熱体と温度制御回路とを付加するこ
とにより、圧電振動子の温度が常温以下の低温領域では、ＥＣＬ出力回路からの放熱され
る熱と、発熱体の熱とで加熱される圧電振動子の温度を感温素子が感知し、感知した信号
に基づいて温度制御回路が機能して圧電振動子の温度を常温に保持する。圧電振動子の温
度が常温以上の高温領域では、圧電振動子の周波数温度特性を利用する電圧制御型圧電発
振器を構成するので、周波数温度特性の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという効
果がある。
【００１０】
［適用例２］また、本発明に係る電圧制御型圧電発振器は、前記ＡＴカット水晶振動子
は第１の周波数偏差幅と第２の周波数偏差幅とが実用上同じとなるカット角を備え、基準
温度は記電圧制御型圧電発振器の内部温度と周囲温度との温度差と、常温との和であり、
基準周波数偏差は前記基準温度における前記圧電振動子の周波数偏差であり、前記第１の
周波数偏差幅は常温及び上限温度における夫々の周波数偏差と前記基準周波数偏差との差
うちで最大の周波数偏差幅であり、前記第２の周波数偏差幅は前記圧電振動子の周波数偏
差が極小の温度における周波数偏差と前記基準周波数偏差との差の周波数偏差幅であるこ
とが好ましい。
【００１１】
ＡＴカット水晶振動子は、常温以上の高温領域では下に凸の放物線状の周波数温度特性
を呈するので、常温か使用温度範囲の上限温度かの何れかで周波数偏差が最大となる。ま
た、放物線状の谷の温度で周波数偏差が最小になる。電圧制御型圧電発振器の内部温度と
周囲温度との温度差と、常温との和を基準温度とし、基準温度における圧電振動子の周波
数偏差を基準周波数偏差して、この基準周波数偏差と、最大の周波数偏差との周波数偏差
幅と、最小の周波数偏差との周波数偏差幅と、が略等しくなるようなカット角のＡＴカッ
ト水晶振動子を用いる電圧制御型圧電発振器を構成することにより、基準温度より高温側
で良好な周波数温度特性を得られるという効果がある。
【００１２】
［適用例３］また、本発明に係る電圧制御型圧電発振器は、前記圧電振動子の温度に従
って容量値が直線的に変化する回路を前記圧電振動子に直列接続することが好ましい。  
【００１３】
圧電振動子に温度特性を有する容量を負荷させることにより、圧電振動子の周波数温度
特性を常温と中心として時計回りに回転することが可能となる。この手法を用いればＡＴ
カット基板のカット角を変えることなく、広く用いられているカット角を利用できるので
、ＡＴカット基板のコストも低減でき、生産性が向上するという効果がある。
【００１４】
［適用例４］また、本発明に係る電圧制御型圧電発振器は、熱伝導性の樹脂によって前
記発熱体の上面及び前記ＥＣＬ出力回路の上面が覆われ、且つ前記発熱体と前記ＥＣＬ出
力回路との挟まれた間も前記樹脂が充填されていることが好ましい。
【００１５】
電圧制御型圧電発振器の内部温度（圧電振動子の呈する温度）が２５℃以下では、ＥＣ
Ｌ出力回路からの放熱される熱と、発熱体の熱とにより圧電振動子を加熱し、常温に保持
する。このため発熱体とＥＣＬ出力回路とを熱伝導性のよい接着剤で接着することにより
、ＥＣＬ出力回路から熱と発熱体の熱とを、圧電振動子の加熱に有効に利用することがで
きるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電圧制御型圧電発振器１の構成を示す断面図。
【図２】電圧制御型圧電発振器１の構成の一例を示す、回路図及び恒温制御部のブロック図。
【図３】従来の電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図４】圧電振動子にＡＴカット水晶振動子を、出力回路にＥＣＬを用いた電圧制御型圧電発振器の周波数温度特性の一例を示す図。
【図５】ＡＴカット水晶振動子のカット角と周波数温度特性。
【図６】電圧制御型圧電発振器１に用いるＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性。
【図７】電圧制御型圧電発振器１の周波数温度特性を示す図。
【図８】（ａ）容量値が温度変化につれ直線的に変化する容量を水晶振動子に直列接続した回路、（ｂ）は周波数温度特性が常温を中心として時計回りに変動する様子を示した図。
【図９】第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す断面図。
【図１０】従来の電圧制御型圧電発振器回路構成を示す回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施
形態に係る電圧制御型圧電発振器１の構成を示す概略断面図である。電圧制御型圧電発振
器１は、圧電振動子Ｙ１と、圧電振動子Ｙ１を励振するための発振回路１１と、圧電振動
子Ｙ１と発振回路１１とからなる圧電発振器の発振周波数を電圧により制御する周波数電
圧制御回路１２と、圧電振動子Ｙ１を所定の温度に加熱する発熱体７と、発熱体７を制御
し所定の温度に保持する温度制御回路８と、発振回路１１の出力に接続されるＥＣＬ出力
回路と、前記各要素を搭載する絶縁基板２０と、を備えた電圧制御型圧電発振器である。
絶縁基板２０にはこれを貫通する複数のピン２２が接続固定され、絶縁基板２０を支持す
ると共に、電気機械的端子として機能している。更に、絶縁基板２０はケース（図示せず
）の中に収容される。
圧電振動子Ｙ１は、ＡＴカット水晶振動子であって、所望の周波数温度特性が得られる
ようなカット角に切り出し、その基板の両主面に対向した励振電極を形成した水晶振動子
である。
ＥＣＬ出力回路１３は、発振回路１１の出力をデジタル出力に変換して出力するＥＣＬ
回路を有している。
配置の一例として、絶縁基板２０の片面には圧電振動子Ｙ１と感温素子５と発振回路１
１と周波数電圧制御回路１２が装着され、他面には発熱体７と温度制御回路８とＥＣＬ制
御回路１３が装着される。
圧電振動子Ｙ１が常温以下の温度領域では、発熱体７を温度制御回路８で制御して、圧
電振動子Ｙ１の温度を常温に保持し、常温以上の温度領域は圧電振動子Ｙ１の呈する周波
数温度特性を、電圧制御型圧電発振器１の周波数温度特性とする電圧制御型圧電発振器で
ある。
【００１８】
図２は、電圧制御型圧電発振器１の発振回路１１、周波数電圧制御回路１２、及びＥＣ
Ｌ出力回路１３の構成を示す回路図と、恒温制御部１４の構成を示すブロック図である。
発振回路１１は、トランジスターＱ１のベースに水晶振動子Ｙ１の一端が接続されてい
ると共に、抵抗Ｒ４、Ｒ５から成るベースバイアス回路が接続され、更にベースと接地と
の間に負荷容量の一部を担うコンデンサＣ１、Ｃ２との直列回路が接続されている。そし
て、この直列回路の接続中点がトランジスターＱ１のエミッタと抵抗Ｒ７との接続点に接
続される。またトランジスターＱ１のコレクタがコレクタ抵抗Ｒ６を介して電源Ｖｃｃに
接続されている。なおコンデンサＣ１０、Ｃ１１はノイズ除去用のバイパスコンデンサで
ある。
水晶振動子Ｙ１の他端には、周波数電圧制御回路１２が接続されている。周波数電圧制
御回路１２は、コンデンサＣ５とコンデンサＣ６との並列回路、抵抗Ｒ３とインダクタＬ
１との並列回路、及び抵抗Ｒ２とを直列にした直列回路から成り、コンデンサＣ５とコン
デンサＣ６との並列回路の一端を水晶振動子Ｙ１の他端に接続し、抵抗Ｒ２の一端を接地
するようにしている。更に抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ２との接続点と接地との間には、コンデンサ
Ｃ４と可変容量ダイオードＤ２とを並列に接続した第１の並列回路と、コンデンサＣ３と
可変容量ダイオードＤ１とを並列に接続した第２の並列回路と、を直列に接続した直列回
路が接続されている。
また可変容量ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード接続点が交流阻止用の抵抗Ｒ１を介して
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔに接続されている。
【００１９】
水晶発振回路１１の出力を結合コンデンサＣ８と抵抗Ｒ８の直列回路を介してＥＣＬ出
力回路１３に入力し、ＥＣＬ出力回路１３によりデジタル出力に変換して出力するように
構成されている。ＥＣＬ出力回路１３は、ＩＣにより構成される差動増幅回路Ｖ１の各端
子と、レベル調整用の抵抗Ｒ９、及びバイパスコンデンサＣ９を所定の端子に接続して構
成される。
制御電圧端子Ｖｃｏｎｔからの制御電圧により、水晶発振回路１１の発振出力を可変制
御可能に構成され、ＥＣＬ出力回路１３を介して出力される。
恒温制御部１４は、図２の下部に示すように、圧電振動子Ｙ１の近傍に配置されて圧電
振動子Ｙ１の温度を感知する感温素子５（例えばサーミスタ等）と、圧電振動子Ｙ１を加
熱する発熱体７（例えばパワートランジスター、ヒーター等）と、感温素子５からの温度
信号により圧電振動子Ｙ１の温度を一定の所定温度に保持するように機能する温度制御回
路８と、を備えている。
【００２０】
図３は一般的なトランジスターを用いた電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温
度特性の一例を示す図である。発振回路の温度特性は小さいので、圧電振動子（ＡＴカッ
ト水晶振動子）の周波数温度特性が、ほぼＶＣＸＯの周波数温度特性となる。つまり曲線
Ｃ１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であると共に、ＶＣＸＯの周波数温度特性
を示す曲線である。ＶＣＸＯの使用温度範囲を、−４０℃から＋８５℃として説明を進め
る。使用温度範囲の中、最も高い温度を上限温度と言う。
図３の黒●点はＡＴカット水晶振動子の変曲点を示し、変曲点温度Ｔｆ１は２５℃強で
ある。常温２５℃におけるＡＴカット水晶振動子の周波数をｆ25とし、任意の温度Ｔにお
ける周波数をｆtとしたとき、周波数偏差ｄｆ／ｆは（ｆt−ｆ25）／ｆ25で表わされる。
ここで、ｄｆ／ｆを略してＤｆとして表わすものとする。
図３に示すように、ＡＴカット水晶振動子の頂点温度（極大値の温度）をＴｐ１、その
温度Ｔｐ１における周波数偏差をＤｆ（Ｔｐ１）、谷の温度（極小値の温度）をＴｖ１、
その温度Ｔｖ１での周波数偏差をＤｆ（Ｔｖ１）とする。水晶振動子の温度を−４０℃か
ら＋８５℃まで変化させると、水晶振動子の周波数温度特性は、周波数偏差Ｄｆ（−４０
）、Ｄｆ（Ｔｐ１）、Ｄｆ（２５）（一般的にはＤｆ（２５）＝０とする）、Ｄｆ（Ｔｖ
１）、Ｄｆ（８５）と推移し、周波数偏差Ｄｆ（Ｔ）は温度Ｔに関する三次式で近似され
る。
一般的にＴ＝２５℃における周波数偏差Ｄｆ（２５）を零とするので、温度を−４０℃
から＋８５℃まで変化させた場合の周波数偏差Ｄｆの幅は、図３に示した例では、極大値
Ｄｆ（Ｔｐ１）から極小値Ｄｆ（Ｔｖ１）までとなる。カット角を適切に選定したＡＴカ
ット水晶振動子の場合は、Ｄｆ（Ｔｐ１）≒｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜となり、良好な周波数温
度特性が得られる。
このような周波数温度特性を有するＡＴカット水晶振動子を用いて、電圧制御型圧電発
振器（ＶＣＸＯ）を構成すれば、同様に図３の曲線Ｃ１で示すような良好な周波数温度特
性の電圧制御型圧電発振器が得られる。
【００２１】
図５は、実際のＡＴカット水晶振動子のカット角と周波数温度特性を示す図であり、こ
の図を用いて更に詳しく説明する。ＶＣＸＯの使用温度範囲が−４０℃から＋８５℃まで
とすると、各カット角による周波数温度特性曲線の中から、周波数偏差ｄｆ／ｆが一番小
さなカット角である図５の中の太線曲線のカット角を選定する。太線曲線の周波数偏差ｄ
ｆ／ｆは、プラス側は極大値で＋８ｐｐｍ、マイナス側は極小値で−７ｐｐｍ程度である
。この太線曲線のカット角を用いたＡＴカット水晶振動子を使用すれば、十分に良好なＶ
ＣＸＯが実現できる。
【００２２】
図４は、圧電振動子がＡＴカット水晶振動子であって、出力回路にＥＣＬ（ＥＣＬＩＣ
）を付加した電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）の周波数温度特性の一例を示す図である
。曲線Ｃ１はＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性であるが、ＶＣＸＯの発振回路の温
度特性は小さいので、ＶＣＸＯの周波数温度特性と見做すこともできる。ＥＣＬ回路は大
きな発熱を伴うので、図４の横軸はＶＣＸＯの周囲温度Ｔｏｔと、ＶＣＸＯの内部温度（
圧電振動子の呈する温度）Ｔｉｎとを二重表記している。ＶＣＸＯの周囲温度Ｔｏｔと、
内部温度Ｔｉｎとの温度差ΔＴの一例として、１５℃とする。
周囲温度Ｔｏｔが２５℃のとき、ＥＣＬ回路の発熱により内部温度（圧電振動子の呈す
る温度）Ｔｉｎは白抜き○点となり、黒●点で示す圧電振動子の変曲点温度（Ｔｆ１＝２
５℃強）より１５℃高い４０℃となる。ＶＣＸＯの周囲温度を−４０℃から＋８５℃まで
変化させると、内部温度Ｔｉｎ、即ち水晶振動子の呈する温度は、−２５℃から１００℃
まで変化することになる。ＶＣＸＯの周波数調整は、周囲温度Ｔｏｔが常温（２５℃）の
とき所定の中心周波数に設定する。つまり、内部温度Ｔｉｎ（水晶振動子の呈する温度）
が４０℃のとき中心周波数に調整される。内部温度Ｔｉｎが４０℃の周波数偏差Ｄｆ（４
０）が基準になる。
周囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温領域では、温度変化による周波数偏差幅は、（Ｄｆ（
Ｔｐ１）＋｜Ｄｆ（４０）｜）となる。また、周囲温度Ｔｏｔが２５℃より高温領域では
、温度変化による周波数偏差幅は、（Ｄｆ（１００）＋｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜）となる。周
囲温度Ｔｏｔが２５℃より低温領域であれ、高温領域であれＥＣＬ回路を用いたＶＣＸＯ
の周波数温度特性は、一般的なトランジスターを用いたＶＣＸＯより、劣化することにな
る。
【００２３】
図５の実際の周波数温度特性を用いて説明する。周囲温度Ｔｏｔが常温（２５℃）のと
き、内部温度Ｔｉｎ（圧電振動子の呈する温度）は４０℃になり、ＥＣＬ回路を用いたＶ
ＣＸＯの周波数温度特性は、４０℃を基準として太線曲線のようになる。内部温度Ｔｉｎ
が−２５℃から１００℃まで変化したとき、太線曲線の周波数偏差Ｄｆは、４０℃のとき
の周波数偏差Ｄｆ（４０）を基準とし、基準より周波数偏差が大きいプラス側では、１０
０℃のとき周波数偏差幅Ｄｆ３が＋２４ｐｐｍ程度となる。周波数偏差Ｄｆが基準より小
さいマイナス側では、谷の温度（極小値の温度）Ｔｖ１において周波数偏差幅Ｄｆ４が３
ｐｐｍ程度となる。つまり、周波数偏差Ｄｆのプラス側と、マイナス側とでは基準からの
周波数偏差幅がアンバランスとなり、ＶＣＸＯの温度特性が大幅に劣化する。図中のＤｆ
１、Ｄｆ２は、温度が２５のときの周波数偏差ｄｆ（２５）を基準としたときの周波数偏
差幅である。
【００２４】
そこで、本発明の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１は、恒温制御部１４を設け、内
部温度Ｔｉｎが常温（２５℃）以下の低温領域では、ＥＣＬ回路から放熱される熱量と、
発熱体７の出す熱量とによって加熱される内部温度Ｔｉｎ（圧電振動子の呈する温度）を
感温素子５が感知し、感温素子５からの温度信号に基づいて、温度制御回路８により内部
温度Ｔｉｎが常温（２５℃）を保持するように制御する。このため、電圧制御型圧電発振
器（ＶＣＸＯ）１の常温（２５℃）以下の周波数温度特性は、ほぼ常温の周波数安定度を
維持する。
内部温度Ｔｉｎが常温（２５℃）以上の高温領域のときは、後述するカット角の水晶基
板を用いたＡＴカット水晶振動子Ｙ１の周波数温度特性が、ほぼ電圧制御型圧電発振器（
ＶＣＸＯ）１の周波数温度特性となるように、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１が構
成されている。図６はＡＴカット水晶振動子のカット角と周波数温度特性を示す図である
。既に述べたようにＥＣＬ出力回路１３からの放熱により、周囲温度Ｔｏｔと内部温度Ｔ
ｉｎ（圧電振動子の呈する温度）との温度差ΔＴは１５℃である。図６に示す太線曲線の
周波数温度特性で、温度４０℃（周囲温度Ｔｏｔ２５℃＋温度差ΔＴ１５℃）の周波数偏
差Ｄｆ（４０）を基準としたとき、この基準より大きいプラス側の周波数偏差幅は、温度
１００℃における周波数偏差幅Ｄｆ５で１０ｐｐｍ程度、基準より小さいマイナス側の周
波数偏差幅は極小値の温度Ｔｖ１で、周波数偏差幅Ｄｆ６は７ｐｐｍ程度となる。
つまり、周囲温度Ｔｏｔが常温（２５℃）のとき、内部温度（圧電振動子の呈する温度
）Ｔｉｎは４０℃であり、周囲温度Ｔｏｔが２５℃から＋８５℃まで変化するとき、内部
温度Ｔｉｎは４０℃から＋１００℃まで変化する。従って、４０℃の周波数偏差Ｄｆ（４
０）を基準として、周波数偏差幅Ｄｆ５とＤｆ６とがほぼ等しくなるカット角を選定すれ
ば、周囲温度Ｔｏｔが２５℃から＋８５℃まで変化するときに、電圧制御型圧電発振器（
ＶＣＸＯ）１の周波数温度特性の周波数偏差幅が最小になる。
【００２５】
以上では、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の中心周波数に調整する温度として常
温を設定し、この常温を２５℃としたが、必ずしも２５℃である必要はなく、他の温度、
例えば２２℃であってもよい。また、ＥＣＬ出力回路１３を備えた電圧制御型圧電発振器
１の周囲温度Ｔｏｔと、内部温度Ｔｉｎ（圧電振動子の呈する温度）との温度差ΔＴを１
５℃としたが、温度差ΔＴは他の数値であってもよい。
つまり、常温をＴｒとし、周囲温度Ｔｏｔと内部温度Ｔｉｎとの温度差をΔＴとしたと
き、Ｔｋ＝（Ｔｒ＋ΔＴ）を基準温度とする。基準温度Ｔｋにおける周波数温度特性の周
波数偏差Ｄｆ（Ｔｋ）を基準とする。温度Ｔｒから使用温度範囲の上限温度Ｔｍまで変化
させたとき、常温Ｔｒにおける周波数偏差幅Ｄｆｒ（Ｄｆ（Ｔｒ）−Ｄｆ（Ｔｋ））と、
上限温度Ｔｍにおける周波数偏差幅Ｄｆｍ（Ｄｆ（Ｔｍ）−Ｄｆ（Ｔｋ））とのうち、大
きい方の周波数偏差幅（第１の周波数偏差幅）と、周波数温度特性の谷の温度（極小値の
温度）Ｔｖ１における周波数偏差幅（第２の周波数偏差幅）Ｄｆｖ（｜Ｄｆ（Ｔｖ１）｜
−｜Ｄｆ（Ｔｋ）｜）とをほぼ等しくなるようなカット角を選定することにより、周囲温
度Ｔｏｔが２５℃以上のとき、電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の周波数温度特性を
好適にすることができる。
【００２６】
ＥＣＬ出力回路１３を有する電圧制御型圧電発振器１に、感温素子５、発熱体７及び温
度制御回路８からなる恒温制御部１４を付加することにより、圧電振動子Ｙ１の温度が常
温より低い低温領域では、ＥＣＬ出力回路１３からの放熱される熱と、発熱体７の熱とで
加熱される圧電振動子Ｙ１の温度を感温素子５が感知し、感知した信号に基づいて温度制
御回路８が機能して圧電振動子Ｙ１の温度を常温に保持する。圧電振動子Ｙ１の温度が常
温より高い高温領域では、圧電振動子Ｙ１の周波数温度特性を利用する電圧制御型圧電発
振器１を構成するので、周波数温度特性の良好な電圧制御型圧電発振器が得られるという
効果がある。
ＡＴカット水晶振動子Ｙ１は、高温領域では下に凸の放物線状の周波数温度特性を呈す
るので、常温Ｔｒか使用温度範囲の上限温度Ｔｍかの何れかで周波数偏差が最大となる。
また、放物線状の谷の温度で周波数偏差が最小になる。電圧制御型圧電発振器の内部温度
Ｔｉｎと周囲温度Ｔｏｔとの温度差ΔＴと、常温Ｔｒとの和を基準温度Ｔｋ（＝Ｔｒ＋Δ
Ｔ）とし、基準温度Ｔｋにおける圧電振動子Ｙ１の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｋ）を基準周波数
偏差して、この基準周波数偏差Ｄｆ（Ｔｋ）と、最大の周波数偏差（Ｄｆ（Ｔｍ）かＤｆ
（Ｔｒ）の何れか大きい方）との周波数偏差幅と、最小の周波数偏差Ｄｆ（Ｔｖ１）との
周波数偏差幅と、が略等しくなるようなカット角のＡＴカット水晶振動子を用いる電圧制
御型圧電発振器を構成することにより、周囲温度Ｔｏｔが常温以上の高温領域で良好な周
波数温度特性を得られるという効果がある。
【００２７】
図７は、本発明の電圧制御型圧電発振器（ＶＣＸＯ）１の温度特性を模式的に示す図で
ある。横軸は周囲温度Ｔｏｔと内部温度Ｔｉｎとの二重表記となっている。内部温度Ｔｉ
ｎが常温（２５℃）以下の低温領域では、ＥＣＬ回路１３から放熱される熱量と、発熱体
７の出す熱量とによって内部温度Ｔｉｎを２５℃に保持するので、周波数温度特性はほぼ
平坦な特性となる。２５℃以上の高温側ではＡＴカット水晶振動子の周波数温度特性が、
ほぼ電圧制御型圧電発振器１の周波数温度特性となる。周囲温度Ｔｏｔが常温（２５℃）
、内部温度Ｔｉｎが４０℃のとき、電圧制御型圧電発振器１の中心周波数を所定の周波数
に調整する。
【００２８】
図８（ａ）は、負荷容量ＣＬを圧電振動子Ｙ１に直列接続した回路である。容量値が温
度変化とともに直線的に変化する負荷容量ＣＬを用いることによりＡＴカット水晶振動子
の周波数温度特性を、常温を中心として時計回り、又は反時計回りに変動できることはよ
く知られている。正の温度特性の容量を用いると時計回りに、負の温度特性の容量を用い
ると、反時計回りに回転させることが可能である。
図８（ｂ）は正の温度特性を有する負荷容量ＣＬを用いて、破線で示すＡＴカット水晶
振動子の周波数温度特性を、常温を中心として実線で示す曲線のように変動させた例であ
り、ＡＴカット水晶基板のカット角を変えることに相当する。
圧電振動子に温度特性を有する容量を負荷させることにより、圧電振動子の周波数温度
特性を常温と中心として時計回りに変動することが可能となる。この手法を用いればＡＴ
カット基板のカット角を変えることなく、広く用いられているカット角を利用できるので
、ＡＴカット基板のコストも低減でき、歩留まりもよくなるという効果がある。
【００２９】
図９は第２の実施例の電圧制御型圧電発振器２の構成を示す断面図である。図１に示し
た電圧制御型圧電発振器１と異なる点は、発熱体７とＥＣＬ出力回路１３とを熱伝導性の
よい樹脂２４で覆った点である。熱伝導性のよい樹脂２４、例えばシリコン接着剤等を用
いることにより、両者間の熱伝導がよくなり、熱の均一化が速やかに図られる。
電圧制御型圧電発振器１の内部温度（圧電振動子の呈する温度）Ｔｉｎが２５℃以下で
は、ＥＣＬ出力回路１３からの放熱される熱と、発熱体７の熱とにより圧電振動子Ｙ１を
加熱し、常温に保持する。このため発熱体７とＥＣＬ出力回路１３とを熱伝導性のよい樹
脂２４で覆うことにより、ＥＣＬ出力回路１３から熱と発熱体の熱７とを、圧電振動子Ｙ
１の加熱に有効に利用することができるという効果がある。
【符号の説明】
【００３０】
１、２…電圧制御型圧電発振器、Ｙ１…圧電振動子、５…感温素子、７…発熱体、８…温
度制御回路、１１…発振回路、１２…周波数電圧制御回路、１３…ＥＣＬ出力回路、１４
…恒温制御部、２０…絶縁基板、２２…ピン、２４…樹脂、Ｑ１…トランジスター、Ｒ１
、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９…抵抗、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、
Ｃ５、Ｃ６、Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ…１１容量、Ｌ１…インダクタ、Ｄ１、Ｄ２…可変
容量素子、Ｖ１…ＥＣＬ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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