(57)【要約】【目的】本発明は水晶共振子を設けて発振周波数の相雑音を小さくし、Ｑ値の高い水晶共振子である故にその帯域幅が狭くて発振周波数が通過しないことによって生ずる水晶発振器の発振停止を防止する。【構成】インダクタ成分としての水晶振動子に分割コンデンサを接続してなる共振回路と、前記水晶振動子と分割コンデンサの接続点にベースを前記分割コンデンサの接続点にエミッタを接続した発振用トランジスタと、前記分割コンデンサの接続点とエミッタとの間に設けた負荷抵抗を有する帰還線路と、前記帰還線路に挿入された水晶共振子とからなる水晶発振器において、前記水晶共振子に並列に抵抗を接続した構成とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インダクタ成分としての水晶振動子に分割コンデンサを接続してなる共振回路と、前記水晶振動子と分割コンデンサの接続点にベースを前記分割コンデンサの接続点にエミッタを接続した発振用トランジスタと、前記分割コンデンサの接続点とエミッタとの間に設けた負荷抵抗を有する帰還線路と、前記帰還線路に挿入された水晶共振子とからなる水晶発振器において、前記水晶共振子に並列に抵抗を接続したことを特徴とする水晶発振器。
【請求項２】
前記水晶振動子には温度補償機構が設けられた請求項１の水晶発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水晶共振子を挿入して位相雑音を小さくした水晶発振器を技術分野とし、特に発振を確実に維持した水晶発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）水晶発振器は周波数安定度等に優れることから高性能の無線機器に適用される。このようなものの一つに、発振用の水晶振動子とは別個に出力側に水晶共振子を設け、周波数安定度を高めて位相雑音を小さくした本出願人による水晶発振器がある（特許文献１）。
【０００３】
（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明するこの種の水晶発振器の回路図である。水晶発振器は基本的に共振回路１と発振用増幅器２とから構成される。共振回路１はインダクタ成分としての水晶振動子３と分割コンデンサ４（ａｂ）からなる。発振用増幅器２はトランジスタ（発振用トランジスタ）からなり、分割コンデンサ４（ａｂ）と水晶振動子３の接続点にベースを、分割コンデンサ４（ａｂ）の接続点にエミッタを、電源Ｖccにコレクタを接続する。分割コンデンサ４（ａｂ）の接続点とエミッタとの間には、アースとの間に負荷抵抗Ｒ3を有する帰還線路５を設けてなる。そして、共振回路１に依存した発振周波数を帰還増幅する。
【０００４】
そして、ここでは、帰還線路５に水晶共振子６を挿入してなる。水晶振動子３と水晶共振子６は例えば同一切断角度によるＡＴカットとする。このようなものでは、水晶共振子６の共振周波数を水晶発振器の発振周波数に概ね一致させる。これにより、発振周波数の基本波成分が主となって水晶共振子６を通過して狭帯域となり、位相雑音を小さくできる。図中の符号Ｒ1、Ｒ2はバイアス抵抗、Ｒ3、Ｒ4は負荷抵抗、及びＶoutは出力端である。なお、出力端Ｖoutはエミッタとしてもよい。
【０００５】
そして、通常では、水晶振動子３を例えば図示しない恒温槽に収容し、温度を一定にした状態で動作させる。これにより、第５図の曲線イ（実線）で示す、３次曲線となる水晶振動子３の周波数温度特性による周波数変化を防止する。横軸は温度、縦軸は周波数偏差Δｆ／ｆ（ppm）である。但し、ｆは発振周波数、Δｆは発振周波数ｆからのズレ分である。また、恒温槽の槽内温度は極小値である70℃前後に設定される。
【特許文献１】日本国特許第３２６８７２６号
【特許文献２】特願２００４−０８９８０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（従来技術の問題点）しかしながら、上記構成の水晶発振器では水晶振動子３を一定の温度にする恒温槽を使用するので、電源投入から槽内温度が70℃になるまで時間が掛かり、起動特性の悪い問題があった。また、水晶共振子６も同様の三次曲線となる周波数温度特性を有する。したがって、70℃以外の例えば常温時では、水晶振動子３による発振周波数と水晶共振子６の共振周波数とは異なり、両者間の周波数差Δｆが大きくなる。これにより、発振周波数が水晶共振子６を通過せず、発振しない問題もあった。
【０００７】
そこで、水晶振動子３とともに水晶共振子６をも恒温槽に収容することが考えられたが、この場合には前述の起動特性の悪化のみならず、消費電力がさらに増大するとともに小型化をも阻害する。これらのことから、第６図に示したように（特許文献２参照）、水晶振動子３と水晶共振子６とのいずれにも温度補償回機構を接続して、温度変化による発振停止を防止することが提案された。
【０００８】
なお、温度補償機構としては、概ね、水晶振動子３及び水晶共振子６のいずれにも電圧可変容量素子７を接続して、温度電圧発生回路８からの補償電圧を印加する間接型や「第６図（ａ）」、サーミスタＲt1、Ｒt2とコンデンサＣ1、Ｃ2の高低温用の並列回路からなる温度補償回路を水晶振動子３及び水晶共振子６に接続する直接型「同図（ｂ）」がある。図中のＲ5、Ｒ6は高周波阻止抵抗、Ｒ7はバイアス抵抗である。
【０００９】
これらの場合には、水晶振動子３及び水晶共振子６とともに周波数温度特性とは逆特性として周波数変化するので（前第５図の曲線ロ）、温度補償した上で良好な発振を持続する。しかし、この場合でも、例えば電源電圧の変動によって水晶振動子３による発振周波数のみが変化した場合には、前述同様に水晶共振子６を通過せずに発振が停止する問題があった。そして、この問題は、恒温槽を含めた温度補償機構の有無に拘わらず、同様に生ずる。
【００１０】
要するに、水晶振動子３による発振周波数に水晶共振子６の共振周波数を一致させても、発振周波数のみが変化した場合には、水晶共振子６を発振周波数が通過せず、発振停止を引き起こす問題があった。これらは、水晶振動子３及び水晶共振子６の共振先鋭度（Ｑ値）が高く、水晶共振子６を通過する周波数範囲が狭い即ち水晶共振子の例えば３ｄＢ減衰域での通過帯域幅の狭いことに起因する。
【００１１】
（発明の目的）
本発明は水晶共振子を設けて発振周波数の位相雑音を小さくし、Ｑ値の高い水晶共振子である故にその帯域幅が狭くて発振周波数が通過しないことによって生ずる水晶発振器の発振停止を防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、インダクタ成分としての水晶振動子に分割コンデンサを接続してなる共振回路と、前記水晶振動子と分割コンデンサの接続点にベースを前記分割コンデンサの接続点にエミッタを接続した発振用トランジスタと、前記分割コンデンサの接続点とエミッタとの間に設けた負荷抵抗を有する帰還線路と、前記帰還線路に挿入された水晶共振子とからなる水晶発振器において、前記水晶共振子に並列に抵抗を接続した構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
このような構成であれば、水晶共振子に並列に接続した抵抗（ダンプ抵抗とする）によって、水晶共振子の共振先鋭度（Ｑ値）が低下して通過帯域幅が狭くなる。厳格に言えば、水晶共振子とダンプ抵抗とによる並列回路の共振先鋭度が低下して通過帯域幅が狭くなる(狭帯域化）。例えばダンプ抵抗の抵抗値を０（短絡）とすると、水晶共振子には電流は流れないので並列回路は共振特性は示さない（Ｑ値が０）。また、ダンプ抵抗の抵抗値を無限大（∞、開放）とすると、水晶共振子にのみ電流が流れるので、並列回路は水晶共振子のＱ値になる。
【００１４】
したがって、水晶共振子に並列に設けたダンプ抵抗の抵抗値によって、並列回路のＱ値は水晶共振子のＱ値から０にまで小さく可変できる。なお、水晶共振子に直列に抵抗を接続してもＱ値を小さくできるが、この場合は水晶共振子の等価抵抗を実質的に大きくなって回路損失を大きくする。したがって、出力レベルを小さくするので、得策ではない。
【００１５】
これらにより、水晶共振子（ダンプ抵抗との並列回路）のＱ値を小さくして共振周波数の帯域幅を広げられる。したがって、発振周波数がｐｐｍオーダーで微妙に変化しても、その基本波成分のほとんどが水晶共振子を通過できる。したがって、発振停止を防止して安定な発振を継続する。これらの場合、ダンプ抵抗の抵抗値が極端に小さい場合には、Ｑ値も下がって広帯域となり、位相雑音を生ずる。したがって、ダンプ抵抗は発振周波数のｐｐｍオーダーでの変化分を見込んで、その基本波成分が通過するＱ値（帯域幅）となる抵抗値に選定される。
【００１６】
（実施態様項）
本発明の請求項２では、請求項１の前記水晶振動子には温度補償機構が設けられた構成とする。このようなものでは、水晶振動子の周波数温度特性による発振周波数の変化を防止して安定な発振周波数を供給できる。一方、水晶共振子は周波数温度特性によって共振周波数が変化するので、発振周波数からｐｐｍオーダーでずれる。しかし、この場合でも、水晶共振子のＱ値は小さく帯域幅が広いので、発振周波数は水晶共振子を通過する。したがって、温度補償された発振周波数での発振を継続できる。これにより、水晶振動子にのみ温度補償機構を設けるので、回路構成を簡易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
第１図は本発明の一実施形態を説明する水晶発振器の回路図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。
【００１８】
水晶発振器は、前述したように水晶振動子３及び分割コンデンサ４（ａｂ）からなる共振回路１と、発振周波数を帰還増幅する発振用トランジスタ２と、帰還線路５に挿入した水晶共振子６とを備える。但し、水晶振動子３による発振周波数と水晶共振子６の共振周波数は同一（但し、誤差は含む）とし、いずれもＡＴカットとする。この例では、水晶振動子３に電圧可変容量素子７を接続し、温度補償電圧発生回路からの制御電圧を印加する間接型とした温度制御機構を設ける。そして、本発明によるダンプ抵抗Ｒqを水晶共振子６に並列に接続した構成とする。
【００１９】
このようなものでは、水晶共振子６にダンプ抵抗Ｒqが並列に接続するので、その並列回路の等価回路は第２図になる。すなわち、水晶共振子６の等価直列抵抗Ｒs、同容量Ｃ1及びインダクタＬ1の直列腕Ｚaに、ダンプ抵抗Ｒqによる補助腕Ｚbが並列接続する。なお、便宜的に水晶共振子の等価並列容量Ｃ0は省略する。これらの場合、直列腕Ｚaの等価直列容量Ｃ1と同インダクタＬ1による直列共振時には、基本的に、等価直列抵抗Ｒsとダンプ抵抗Ｒqとの抵抗比によって、直列腕Ｚaと補助腕Ｚｂとに電流が分流（Is、Iq）する。
【００２０】
これにより、分流Ｉsによる直列腕Ｚaでの周波数特性は、等価直列容量Ｃ1と同インダクタＬ1とによって、周知のようにＱ値の高い共振特性（単峰特性）となる「第３図の曲線イ」。また、分流Ｉqによる補助腕Ｚbでの周波数特性は、ダンプ抵抗Ｒqのみなの平坦になる「同曲線ロ」。したがって、合成電流（Is＋Iq）となる並列回路の周波数特性は、両者（曲線イ、ロ）が合成されて広帯域となる。すなわち、補助腕Ｚbの平坦な特性によって、直列腕Ｚaの共振特性のＱ値が小さくなって通過帯域幅が広がる（広帯域）。なお、第３図の各曲線（イロハ）のそれぞれは、共振周波数時のレベルを０ｄＢとして示してある。
【００２１】
この場合、直列腕Ｚaの等価直列抵抗Ｒsと補助腕Ｚbのダンプ抵抗Ｒqとの抵抗比によって、並列回路のＱ値は決定される（合成電流の広帯域化の度合が決定される）。例えばダンプ抵抗Ｒqが等価直列抵抗Ｒsよりも大きいほど開放（抵抗値が無限大）となるので、直列腕Ｚaによる共振特性への影響は少ない。これとは逆に、ダンプ抵抗Ｒqが等価直列抵抗Ｒsよりも小さいほど短絡（抵抗値が０）となるので、広帯域となって平坦に近づく。
【００２２】
ちなみに、この例では、等価直列抵抗Ｒsを約２０Ωとして、ダンプ抵抗Ｒqを７５Ωとする。そして、直列腕Ｚaの３ｄＢ減衰域での通過帯域幅Ｗ1を２KHzとし、ダンプ抵抗Ｒqを挿入後の並列回路の同帯域幅Ｗ2を１０KHzとした。但し、水晶振動子３による発振周波数は５０MHzであり、通過帯域幅は水晶共振子６とほぼ同じである。これにより、ダンプ抵抗Ｒqによる並列回路はＬＣフィルタ等よりはＱ値が格段に高く、水晶共振子自体のよりも広帯域とする。
【００２３】
このような構成であれば、水晶振動子３に温度補償機構を設けるので、温度変化があっても発振周波数を安定にする。そして、水晶共振子６にダンプ抵抗Ｒqを並列に設けたので、その並列回路は、Ｑ値を高く維持して、水晶共振子よりも広帯域とする。したがって、周囲温度によって水晶共振子６の共振周波数が変化して温度補償された発振周波数と周波数差を生じた場合でも、発振周波数は広帯域とした水晶共振子６を通過する。したがって、位相雑音は抑圧された上で、水晶発振器の発振を維持できる。
【００２４】
（他の事項）
上記実施形態では温度補償機構は間接型としたが、これに限らず、直接型であっても恒温型であっても適用できる。そして、温度補償機構による発振周波数と水晶共振子３との周波数ずれを問題としたが、例えば電源電圧の変動によって発振周波数が変化した場合でも、同様の効果を生じる。したがって、温度補償機構がなかった場合でも、勿論適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態を説明する水晶発振器の回路図である。
【図２】本発明の一実施形態を説明するダンプ抵抗を設けた並列回路の等価回路図である。
【図３】本発明の一実施形態の作用を説明する共振特性図（周波数特性図）である。
【図４】従来例を説明する水晶発振器の回路図である。
【図５】従来例を説明する周波数温度特性図である。
【図６】従来例を説明する水晶発振器の図で、同図（ａ）は間接型の、同図（ｂ）は直接型の温度補償機構を説明する図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  共振回路、２  発振用トランジスタ、３  水晶振動子、４（ａｂ）  分割コンデンサ、５  帰還線路、６  水晶共振子、７  電圧可変容量素子、８  補償電圧発生回路（ＴＣＮ）。
【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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