(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で負荷容量を大きくして周波数調整範囲を広くする圧電発振器を提供する。【解決手段】このインバータ発振回路は、入出力間を高抵抗Ｒ１により接続したインバータ１の出力端子２より、コンデンサＣ１を介してコンデンサＣ２とインダクタＬ１を並列接続した並列同調回路を直列接続して接地し、この直列接続の接続点よりコンデンサＣ３とＣ４を介してインバータ１の入力端子３に接続し、前記直列接続されたコンデンサＣ３とＣ４の接続点より圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ７を介して接地する。尚、この回路では出力を抵抗Ｒ２とコンデンサＣ６の直列回路を介して取り出す構成になっている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させる信号反転増幅器と、を備えた圧電発振器であって、
前記信号反転増幅器の出力端子を容量と並列同調回路とを直列接続した回路を介して接地し、前記容量と並列同調回路との接続点を直列接続した２つの容量を介して前記信号反転増幅器の入力端子に接続し、前記直列接続された２つの容量の接続点を前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記２つの容量の接続点から見た場合、前記２つの容量の１つと前記並列同調回路により直列共振回路を構成することを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
【請求項３】
前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至２の何れか一項に記載の圧電発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、圧電発振器に関し、さらに詳しくは、圧電発振器の周波数調整範囲を広くする回路構成に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来技術のインバータ発振回路の一例である。本回路は入出力間を高抵抗Ｒ１１により接続した信号反転増幅器１０の出力端子１１より、コンデンサＣ１１を介して接地すると共に、圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１４を介して信号反転増幅器１０の入力端子１２に接続し、更にその入力端子１２をコンデンサＣ１２を介して接地する。尚、出力信号は抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ１３の直列回路を介して取り出す構成になっている。
本回路では、信号反転増幅器１０の入出力間に圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ１４を挿入して発振させる構成であり、信号反転増幅器１０の利得を高くして、入出力端インピーダンスを高く保つために圧電振動子Ｘｔａｌの並列共振点近くで発振する。即ち本回路では、圧電振動子端子間の負荷容量が小さいため、Ｃ１４の変化に対して周波数調整範囲が十分広く得られないという問題が発生する場合があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、基準信号源としての圧電発振器は基準信号源として用いられることから、例えば完成前に、必要とする基凖周波数を発振するよう調整するのが一般的な使い方である。そのとき、可変周波数範囲が狭い場合、圧電振動子の個体間における発振周波数のバラツキによっては、周波数調整が不可能となる。従って、できるだけ負荷容量を大きくして周波数調整範囲を広くすることが肝要である。
本発明は、かかる課題に鑑み、簡単な回路構成で負荷容量を大きくして周波数調整範囲を広くする圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、所定の周波数で励振される圧電素子を備えた圧電振動子と、該圧電素子に電流を流して前記圧電素子を励振させる信号反転増幅器と、を備えた圧電発振器であって、前記信号反転増幅器の出力端子を容量と並列同調回路とを直列接続した回路を介して接地し、前記容量と並列同調回路との接続点を直列接続した２つの容量を介して前記信号反転増幅器の入力端子に接続し、前記直列接続された２つの容量の接続点を前記圧電振動子と周波数調整素子を介して接地することを特徴とする。
従来のインバータ発振回路は、インバータの入出力間に振動子と周波数調整素子を挿入して発振させていた。そのため、入出力端インピーダンスを高く保つため振動子の並列共振点近くで発振し、負荷容量が小さくなり周波数調整範囲が狭くなってしまった。そこで本発明では、振動子のインバータ接続側はコンデンサを介して１８０°位相がずれた出力に接続して、負荷容量を大きくして周波数調整範囲を広くするものである。
かかる発明によれば、振動子のインバータ接続側はコンデンサを介して１８０°位相がずれた出力に接続するので、負荷容量を大きくでき、その結果周波数調整範囲を広くすることができる。
請求項２は、前記２つの容量の接続点から見た場合、前記２つの容量の１つと前記並列同調回路により直列共振回路を構成することを特徴とする。
直列共振回路は、発振周波数に共振するとインピーダンスが最小となり、回路電流が最大となる。これにより、負性抵抗が増加して発振の起動を容易にすることができる。
かかる発明によれば、圧電振動子のループ内に直列共振回路を形成するので、負性抵抗が増加して発振の起動を容易にすることができる。
請求項３は、前記圧電振動子が水晶振動子であることを特徴とする。
かかる発明によれば、圧電振動子に水晶振動子を使用することにより、安価で、周波数安定度の高い発振器を実現することができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。また、以下の実施形態では圧電発振器（振動子）の一例として水晶発振器について説明しているが、本発明は水晶以外の圧電発振器一般に適用可能である。
図１は、本発明の実施形態に係るインバータ発振回路の回路図である。尚、以下に回路要素符号と共に一例として示した回路素子値は後述する発振器電気的特性を確認した際の設計条件である。このインバータ発振回路は、入出力間を高抵抗Ｒ１により接続したインバータ１の出力端子２より、コンデンサＣ１及びコンデンサＣ２とインダクタＬ１との並列同調回路から成る直列回路を介して接地し、この直列回路の接続点よりコンデンサＣ３とＣ４を介してインバータ１の入力端子３に接続し、前記直列接続されたコンデンサＣ３とＣ４の接続点より圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整用コンデンサＣ７を介して接地する。尚、この回路では出力を抵抗Ｒ２とコンデンサＣ６の直列回路を介して取り出す構成になっている。
次に、本実施形態の動作について説明するが、発振動作については周知の技術であるのでここでは詳細な説明は省略する。先ず、インバータ１に電源ＶＣＣ５Ｖが投入されると、圧電素子Ｘｔａｌの固有振動数に従って振動を開始し、インバータ１の出力端子２にレベルの高い電圧が発生する。その発振条件はコンデンサＣ１を通過して並列同調回路から成るリアクタンス性回路に基づき決定されるものであるから、例えば、１０ＭＨｚの発振周波数近辺において並列同調回路がインダクタンス成分となるよう容量Ｃ２及びインダクタＬ１との値を設定すれば負荷容量を大きな値に設定することができる。
尚、本実施形態の発振回路の各定数は、Ｘｔａｌ：Ａｔ−ｃｕｔ水晶振動子　１ｓｔ　１０ＭＨｚにおいて、Ｃ２：２００ｐＦ、Ｌ１：１μＨとした。
【０００６】
図２は、図１のインバータ発振回路の各定数を変化させた場合の、負性抵抗値と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。横軸は発振器の入力レベル（ｍＶ）、縦軸は負性抵抗（Ω）を表す。そして各特性の定数は、符号Ｒ１はＣ１：５１ｐＦ、Ｃ２：１６３ｐＦ、Ｃ３：３ｐＦ、Ｃ４：∞ｐＦ、Ｌ１：１μＨ、符号Ｒ２はＣ１：１００００ｐＦ、Ｃ２：０ｐＦ、Ｃ３：３ｐＦ、Ｃ４：∞ｐＦ、Ｌ１：１μＨ、符号Ｒ３はＣ１：５１ｐＦ、Ｃ２：１２０ｐＦ、Ｃ３：１２ｐＦ、Ｃ４：６ｐＦ、Ｌ１：１μＨである。
この図から明らかなように符号Ｒ１の場合が最も負性抵抗が大きく、発振器の入力レベルが１０ｍＶのときに最大−９００Ωを示し、次に符号Ｒ２で約−６００Ω、最も小さいのが符号Ｒ３で−５００Ωを示す。これは起動時に発振が如何に容易に強く発振するかを表しており、特に抵抗Ｒ１の値を調整することにより発振し易い条件が容易に得られる。
図３は図１の回路定数のときの回路容量と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。横軸は発振器の入力レベル（ｍＶ）、縦軸は回路容量（ｐＦ）を表す。この図から明らかなように、発振器の入力レベルの変化に対して漸減はするが高いレベルを維持しているのが解る。これは直列共振回路に近い定数設定が可能になることにより、負荷容量を大きくすることができ、それにより発振動作するに十分な負性抵抗を得ることができる。
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はインバータ発振回路の入力と接地間に振動子を挿入するところに特徴があり、インバータ回路の構成は本実施形態で説明したものに限らず、他の形態、回路構成でも本発明の主旨を逸脱するものではない。
【０００７】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、負荷容量をみかけ上大きくでき、その結果周波数調整範囲を広くすることができる。
また請求項２では、圧電振動子のループ内に直列共振回路を形成するので、負性抵抗が増加して発振の起動を容易にすることができる。
また請求項３では、圧電振動子に水晶振動子を使用することにより、安価で、周波数安定度の高い発振器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るインバータ発振回路の回路図である。
【図２】図１のインバータ発振回路の各定数を変化させた場合の、負性抵抗値と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。
【図３】図１の回路定数のときの回路容量と発振器の入力レベルとの関係を表す図である。
【図４】従来技術のインバータ発振回路の実施回路図である。
【符号の説明】
Ｘｔａｌ　圧電素子
Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ６、Ｃ７　コンデンサ
１　インバータ
Ｒ１　帰還抵抗器
Ｒ２　固定抵抗器
Ｌ１　インダクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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