(57)【要約】【課題】簡単な回路構成で容易に振動子電流を抑圧する圧電発振器を提供する。【解決手段】圧電発振回路は、トランジスタＴＲ２のエミッタとトランジスタＴＲ１のコレクタをカスコード接続し、トランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間にコンデンサＣｂｅにより接続し、エミッタよりコンデンサＣｅ１を介して接地する。またトランジスタＴＲ２のコレクタは電源Ｖｃｃに接続し、そのベースより圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整素子用のコンデンサＣ１の直列回路を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続し、エミッタから抵抗ＲｅとコンデンサＣｅ２を並列接続して接地する。また、トランジスタＴＲ２のベースは電源Ｖｃｃから抵抗ＲＢ３を介して接続され、抵抗ＲＢ１によりトランジスタＴＲ１のベースに接続される。更にそのベースより抵抗ＲＢ２で接地されベースバイアス回路を構成する。【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第１のトランジスタと、該第１のトランジスタの負荷容量の一部となる合成容量と、前記第１のトランジスタとカスコード接続される第２のトランジスタと、を備えた圧電発振器であって、
前記合成容量が前記第１のトランジスタのエミッタと接地との間に挿入接続されたコンデンサと前記第１のトランジスタのベース・エミッタ間に挿入接続されたコンデンサとを備え、前記第１のトランジスタのベースより前記圧電振動子を介して前記第２のトランジスタのベースに接続し、該第２のトランジスタのエミッタと接地間にパスコンデンサを接続する構成としたことを特徴とする圧電発振器。
【請求項２】
前記第１のトランジスタのベースより前記圧電振動子と容量を介して前記第２のトランジスタのベースに接続することにより、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのベースの位相を反転させて前記第１のトランジスタのエミッタ出力を抑圧して前記圧電素子に流れる電流を抑圧することを特徴とする請求項１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、特に圧電素子に対する電流抑圧方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、移動体通信機器や伝送通信機器に対する小型化、高性能化の要請に伴い、これらの機器において周波数制御デバイスとして使用される水晶発振器等の圧電発振器に対しても、小型化、安定化が強く求められている。圧電発振器は、水晶振動子等の圧電振動子に対して、周波数調整回路、周波数温度補償回路等を含む発振回路を組み合わせた構成を備えている。
圧電振動子は電気機械振動子であり、圧電振動子に流れる電流（以下、振動子電流と記す）が少ないことが経年変化等に対して高い信頼性を得ることにつながる。図４は、従来のシリコントランジスタによるコルピッツ発振回路の一例である。圧電発振回路は、発振用トランジスタＴＲ１１のベース・接地間に負荷容量の一部となるコンデンサＣｂｅとコンデンサＣｅとの直列回路を挿入接続し、この直列回路の接続中点と発振用トランジスタＴＲ１１のエミッタとを接続すると共に、エミッタ抵抗Ｒｅを接続する。更に、発振用トランジスタＴＲ１１のベースに抵抗ＲＢ１１及び抵抗ＲＢ１２とから成るベースバイアス回路を接続すると共に、発振用トランジスタＴＲ１１のベース・接地間に圧電振動子ＸｔａｌとコンデンサＣ１１の直列回路を挿入接続し、更に、発振用トランジスタＴＲ１１のコレクタと電源電圧Ｖｃｃラインとを接続したものである。
このコルピッツ発振回路において、圧電振動子Ｘｔａｌの周波数を１０ＭＨｚのとき、ポイントＡでの信号レベルは２２９ｍＶｒｍｓ、ポイントＢでの信号レベルは２９６ｍＶｒｍｓで電流は１．８６ｍＡとなり、ポイントＣでは５３７ｍＶｒｍｓとなる。また、そのときの電源電流は７．１４ｍＡ消費する。
【０００３】
尚、ベース・エミッタ間容量Ｃｂｅが０ｐＦから約１００ｐＦの範囲では、ベース・エミッタ間容量Ｃｂｅが増加すると、それに比例して振動子電流ｉｘが増加し、Ｃｂｅがほぼ１００ｐＦ以上の範囲においては振動子電流ｉｘはほぼ一定になり、実験結果によると、カスコード接続されたトランジスタを備えた発振回路の場合、振動子電流ｉｘは最大６５００μＡを示す。
また、振動子電流の増加を抑圧する他の方法として、コルピッツ回路で構成される発振回路とＡＧＣ回路から構成され、発振出力をダイオードで整流して発振回路のベース電流を低下することによりゲインを抑圧して、その結果により振動子電流を抑圧する方法もある。しかし、本方式によった場合、電流抑圧効果は大きいが、明らかに回路が複雑となり、小型発振器に搭載するのは困難であり、コストアップにつながる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来のコルピッツ発振回路では、ベース・エミッタ間容量の増加に伴って、振動子電流が増加し、その抑圧には限界がある。また、ＡＧＣ回路による方法は、回路が複雑となり、それにより小型化が難しくコストアップの原因になっているといった問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑み、簡単な回路構成で容易に振動子電流を抑圧する圧電発振器を提供することを目的とする。
【０００５】
【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第１のトランジスタと、該第１のトランジスタの負荷容量の一部となる合成容量と、前記第１のトランジスタとカスコード接続される第２のトランジスタと、を備えた圧電発振器であって、前記合成容量が前記第１のトランジスタのエミッタと接地との間に挿入接続されたコンデンサと前記第１のトランジスタのベース・エミッタ間に挿入接続されたコンデンサとを備え、前記第１のトランジスタのベースより前記圧電振動子を介して前記第２のトランジスタのベースに接続し、該第２のトランジスタのエミッタと接地間にパスコンデンサを接続する構成としたことを特徴とする。
本発明の特徴は、カスコード接続された第１と第２のトランジスタのベース間を、圧電振動子と周波数調整素子の直列回路により接続した点である。これにより第１と第２のトランジスタのベースは位相が反転した信号が入力される。
かかる発明によれば、カスコード接続された第１と第２のトランジスタのベース間を、圧電振動子と周波数調整素子の直列回路により接続することにより、常に互いのトランジスタのベースの位相を反転することができる。
請求項２は、前記第１のトランジスタのベースより前記圧電振動子と容量を介して前記第２のトランジスタのベースに接続することにより、前記第１のトランジスタと前記第２のトランジスタのベースの位相を反転させて前記第１のトランジスタのエミッタ出力を抑圧して前記圧電素子に流れる電流を抑圧することを特徴とする。
前記圧電振動子と周波数調整素子の直列回路の両端は位相が反転する。従って、この直列回路を第１と第２のトランジスタのベース間に接続すれば、第１のトランジスタのベースがハイレベルのとき、第２のトランジスタのベースはローレベルとなる。そして、第１と第２のトランジスタはカスコード接続されているので、第１のトランジスタのベースがハイレベルのとき、エミッタに電流を流そうと働くが、第２のトランジスタのベースはローレベルなので、その電流を抑圧するように働く。
かかる発明によれば、カスコード接続された第１と第２のトランジスタのベース間に圧電振動子と周波数調整素子の直列回路を接続するので、第１のトランジスタのエミッタ電流を抑圧して振動子電流を抑圧することができる。
【０００６】
【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。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るコルピッツ発振回路の一例である。圧電発振回路は、トランジスタＴＲ２のエミッタとトランジスタＴＲ１のコレクタをカスコード接続し、トランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間にコンデンサＣｂｅにより接続し、エミッタよりコンデンサＣｅ１を介して接地する。またトランジスタＴＲ２のコレクタは電源Ｖｃｃに接続し、そのベースより圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整素子用のコンデンサＣ１の直列回路を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続し、エミッタから抵抗ＲｅとコンデンサＣｅ２を並列接続して接地する。また、トランジスタＴＲ２のベースは電源Ｖｃｃから抵抗ＲＢ３を介して接続され、抵抗ＲＢ１によりトランジスタＴＲ１のベースに接続される。更にそのベースより抵抗ＲＢ２で接地されベースバイアス回路を構成する。
このコルピッツ発振回路において、圧電振動子Ｘｔａｌの周波数を１０ＭＨｚのとき、ポイントＡでの信号レベルは３４．２ｍＶｒｍｓで電流は２７９μＡとなり、ポイントＢでの信号レベルは４６ｍＶ、そのときの電源電流は２．５ｍＡであった。
【０００７】
ここで、本発明の最も大きな特徴は、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２をカスコード接続し、トランジスタＴＲ２のベース・エミッタ間をコンデンサＣｂｅにより接続し、エミッタよりコンデンサＣｅ１を介して接地し、トランジスタＴＲ２のベースより圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整素子用のコンデンサＣ１を介してトランジスタＴＲ１のベースに接続する。つまり、本発明はコンデンサＣｅ１とトランジスタＴＲ２のコンデンサＣｂｅによりコルピッツ発振回路を構成するものである。更に詳しく説明すると、圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整素子用のコンデンサＣ１から成る直列回路の両端に発生した信号は位相が逆転しており、それをトランジスタＴＲ１、ＴＲ２の各ベースに供給するので、トランジスタＴＲ２のベース側にハイレベルの信号が供給されるとき、トランジスタＴＲ１のベース側にはローレベルの信号が供給される。そして、トランジスタＴＲ２のベース電流の増加に伴いエミッタ電流を増加させる働きが生じるが、これに対してトランジスタＴＲ１にはベース電流の減少に伴いエミッタ電流（コレクタ電流）を減少させる働きが生じるので抑圧され、それによりコレクタ（トランジスタＴＲ２のエミッタ）電流の増加が抑圧される。これによって結果的に圧電振動子Ｘｔａｌと周波数調整素子用のコンデンサＣ１に流れる振動子電流が抑圧され、その値を一定に保つように機能する。
【０００８】
図２は本発明の実施形態に係る発振回路の負性抵抗と発振出力レベルとの関係を表す図である。縦軸は負性抵抗（Ω）を表し、横軸は発振出力レベル（ｍＶ）を表す。そして、符号１は図１の発振回路の特性であり、符号２は図４の従来の発振回路の特性である。
この図から明らかなように、符号２の従来の発振回路は、発振出力レベルが増加すると負性抵抗は漸減していき、最小でも−６００Ωを維持する。また符号１の特性は、発振出力レベルが増加すると負性抵抗が−８００Ωから漸減して−１００Ωまで変化する。この回路では発振出力レベルの増加に伴って負性抵抗が漸減することは従来回路と同じであるが、従来回路に比べて相対的に負性抵抗は少なく、このことから例えばＡＧＣ回路を用いなくとも、水晶振動子電流を低レベルに保ち発振動作させることができる。
【０００９】
図３は本発明の実施形態に係る発振回路の回路容量と発振出力レベルとの関係を表す図である。縦軸は回路容量（ｐＦ）を表し、横軸は発振出力レベル（ｍＶ）を表す。そして、符号３は図１の本発明の発振回路の特性であり、符号４は図４の従来の発振回路の特性である。
この図から明らかなように、符号４の従来の発振回路は、発振出力レベルが増加するに従って回路容量が増加して、特に発振出力レベルが５００ｍＶから急激に増加している。そのとき最大で２０ｐＦ、最小で１２ｐＦを示す。また符号３の本発明の発振回路は、発振出力レベルが６００ｍＶまで漸増するが、それ以降は変化量が小さく、最大で１６．５ｐＦまで変化する。両回路共に発振出力レベルの増加に伴って回路容量が増加するが、符号３の本発明の発振回路は全ての出力レベル範囲に亘って符号４の従来の発振回路に比べて回路容量が少ないことがわかる。
以上の結果から、本発明の発振回路は従来の発振回路に比べて負性抵抗は小さく、更に回路容量の値を小さく保つことができるので、振動子電流を約１／７に減少することができる。当然回路の消費電流も約１／３にすることができる。
【００１０】
【発明の効果】
以上記載のごとく請求項１の発明によれば、カスコード接続された第１と第２のトランジスタのベース間を、圧電振動子と周波数調整素子の直列回路により接続することにより、常に互いのトランジスタのベースの位相を反転することができる。
また請求項２では、カスコード接続された第１と第２のトランジスタのベース間に圧電振動子と周波数調整素子の直列回路を接続するので、第１のトランジスタのエミッタ電流を抑圧して振動子電流を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るコルピッツ発振回路の一例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る発振回路の負性抵抗と発振出力レベルとの関係を表す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る発振回路の回路容量と発振出力レベルとの関係を表す図である。
【図４】従来のコルピッツ発振回路を表す図である。
【符号の説明】
ＴＲ２  発振用トランジスタ、Ｃｂｅ、Ｃｅ  負荷容量の一部となる容量、ＲＢ１、ＲＢ２、ＲＢ３  バイアス抵抗、Ｒｅ  エミッタ抵抗、Ｘｔａｌ  圧電振動子  Ｃ１  周波数調整用コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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