JP2750886B2 - 温度感応電圧発生回路及びこれを用いた温度補償素子 - Google Patents

温度感応電圧発生回路及びこれを用いた温度補償素子

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は一部領域の周囲温度を検出して感応電圧を発
生する温度感応電圧発生回路を利用分野とし、得に水晶
発振器の温度特性を二重に補償する場合の補償電圧発生
回路に適用した温度補償素子に関する。
(発明の背景) 温度補償発振器は、特に水晶振動子に起因した温度特
性による周波数変化を補償するものとして広く普及して
いる。近年では、年々厳しくなる通信事情等により温度
に対して更に高安定な温度補償発振器が望まれている。
(従来技術) 第13図はこの種の一従来例を説明する温度補償発振器
のブロック図である。
温度補償発振器は発振回路1と温度補償回路2とから
なる。発振回路1は水晶振動子3を発振子とし、その一
端側を例えば回路側4の発振用トランジスタ5に接続す
る。そして、図示しないコンデンサ等の他の回路素子と
相俟って例えばコルピッツ型の回路網を形成する。水晶
振動子3は切断角度を例えばATカットとした厚みすべり
振動姿態とする。なお、図中のVCCは電源、VOは出力で
ある。このような発振回路1では、第14図の曲線(イ)
に示したような温度特性になる。すなわち、水晶振動子
3の主因とした常温25℃近傍に変曲点をもった三次曲線
となる。
温度補償回路2は補償電圧発生回路6(以下、電圧発
生回路6とする)と電圧可変容量素子7とからなる。電
圧発生回路6は電源VCCとアース電位間に接続した感温
素子(例えばサーミスタ8)及び抵抗9の図示しない直
・並列回路網からなる。そして、サーミスタ8の抵抗値
により、周囲温度に応答した補償電圧VS1を出力端aに
得る。電圧可変容量素子7は例えば電圧可変容量ダィオ
ード(以下、可変容量ダィオードとする)とし、カソー
ド側を電圧発生回路6の出力端aに、アノード側をアー
ス電位に接地する。そして、電圧発生回路6と可変ダィ
オード7の接続点を水晶振動子3の一端側に接続する。
そして、このようなものでは、補償電圧VS1を発振回路
1の温度特性を補償するような値に設定して規格を満足
する補償温度特性を得る「前第14図の曲線(ロ)」。
(従来技術の問題点) しかしながら、上記構成の温度補償発振器では理論上
避けることのできない次のような問題があった。
すなわち、上記補償温度特性を拡大した第15図の○印
を結ぶ曲線(ハ)から明らかなように、規格を例えば温
度範囲ΔT1が−30〜70℃で周波数許容偏差(以下、許容
偏差とする)Δf/fが±2ppmとすれば、この補償温度特
性は同規格を満足する。しかし、規格を同温度範囲ΔT1
で許容偏差±1ppmとした場合には、点線枠で示す−20℃
及び60℃の部分で同規格外となる。
従来、このような場合には、その補償温度特性に基づ
き、各抵抗9の値を再計算により修正する。そして、こ
れにより電圧発生回路6を新たに製作して交換し、許容
偏差±1ppmの規格を満足させていた。しかし、一般に
は、抵抗のその値は良い物でも1〜2%の誤差を持つ。
また、サーミスタに関しても、厳密には各温度における
抵抗値の誤差やB定数も変化する。したがって、各抵抗
9の値を修正したとしても理論計算による補償温度特性
とは±0.5ppm程度の誤差を生ずる。このようなことか
ら、従来の温度補償発振器では電圧発生回路6を再製作
したとしても許容偏差を±1ppm以下にすることは、各素
子の精度上の問題から理論的に困難としていた。そし
て、許容偏差Δf/fを±1ppm以下とする場合には、非常
に歩留りを悪くして生産性を低下する問題があった。
(発明の着目点及び目的) 本発明は規格内温度中の許容偏差を越える部分の一部
温度領域についてのみ更に補償すれば温度規格を満足で
きる点に着目し、前記一部温度領域のときのみ感応電圧
を発生する温度感応電圧発生回路及びこれを用いた温度
補償素子を提供することを目的とする。
(解決手段) 本発明は、周囲温度に感応する第1感温素子によりバ
イアス電圧を設定されて温度T1時にOFFからONとなる第
1トランジスタと、第2感温素子によりバイアス電圧を
設定されて温度T2時にONからOFFになる第2トランジス
タとを接続して、温度T1からT2のとき動作期間とするス
イッチング回路から温度感応電圧発生回路を形成したこ
とを、及びこれから温度補償素子を構成したことを解決
手段とする。以下、本発明の一実施例を説明する。
(実施例) 第1図は本発明の一実施例を説明する温度感応電圧発
生回路の図である。
補償電圧発生回路10は、電源VCC(+DC)をコレクタ
側、アース電位をエミッタ側として第1と第2のトラン
ジスタTr1、Tr2をシリーズに設けたスイッチング回路か
らなる。このスイッチング回路ではトランジスタTr1
コレクタ側には負荷抵抗R1を、Tr1のコレクタとTr2のエ
ミッタ間には抵抗R2とR3とを縦続して設ける。そして、
抵抗R2とR3との接続点を出力端bとする。また、トラン
ジスタTr1のバイアス分割抵抗用としてサーミスタRT1
抵抗R4を、Tr2の同抵抗用として抵抗R5とサーミスタRT2
をそれぞれベース側に設ける。なお、サーミスタRT1、R
T2の温度電圧特性は、第2図に示したように低温から高
温側に移行するに従いそれに応答する抵抗値は指数関数
的に減少する。そして、第3図に示したように、サーミ
スタRT1と抵抗R4はトランジスタTR1を温度T1時にOFFか
らONになるように設定される「同図(a)」。また、抵
抗R5とサーミスタRT2はトランジスタTr2を温度T2時にON
からOFFになるように設定される「第3図(b)」。
このようなものでは、第1と第2のトランジスタT
r1、Tr2のON、OFFにより、温度T1からT2までの間をスイ
ッチング回路(Tr1、Tr2)の動作期間とする「第3図
(c)」。したがって、第4図に示したようにスイッチ
ング回路の動作期間中は負荷抵抗R1の電圧降下により、
抵抗R2とR3との間の出力電圧は低下する。すなわち、温
度T1からT2までの間の一部領域ではこれに応答した感応
電圧V2とし、一部領域以外では感応電圧V2よりレベルの
高い通常電圧V1となる。なお、通常電V1圧及び感応電圧
V2の値は抵抗R1、R2、R3により自在に設定できる。
したがって、第5図に示したようにこの温度感応電圧
発生回路10の出力端に可変容量ダイオード11を接続して
直流阻止用のコンデンサ12を設けてやれば「同図
(a)」、一部温度領域のみで容量値の変化する温度補
償素子13としての電圧可変容量素子を得ることができる
「同図(b)」。そして、第6図に示したように、この
温度補償素子を前述した温度補償発振器(前第13図参
照)に接続してやれば、補償温度特性中の温度T1からT2
時の−1ppmを越える部分を更に補償してその部分を前第
15図の曲線(ニ)のp部分に示したように±1ppm以内に
することができる。但し、この場合、補償電圧としての
感応電圧V2を周波数変化が±1ppm以内になるような値に
設定する。また、通常電圧V1の印加時には補償温度特性
は変化しないように例えば可変コンデンサにより調整す
る必要がある。そして、このようなものでは従来のよう
に電圧発生回路6(温度補償回路2)を再製作して交換
する必要もなく従来の温度補償発振器にこの温度補償素
子を付加すればよいので、歩留を良好として生産性を向
上する。
(他の実施例) 第7図は本発明の他の実施例を説明する温度感応電圧
発生回路の図である。
この実施例の温度感応電圧発生回路14は、電源V
CC(+DC)をコレクタ側、アース電位をエミッタ側とし
たトランジスタTr3、Tr4をパラレルに設けたスイッチン
グ回路からなる。このスイッチング回路では、トランジ
スタTr3(Tr4)のコレクタ側には負荷抵抗R6を、Tr3
コレクタとエミッタ(アース電位)間には抵抗R7とR8
を縦続して設ける。そして、抵抗R7とR8との接続点を出
力端cとする。また、トランジスタTr3のバイアス分割
抵抗用としてサーミスタRT3と抵抗R9を、Tr4の同抵抗用
として抵抗R10とサーミスタRT4とをそれぞれベース側に
設ける。そして、サーミタRT3と抵抗R9は、第8図
(a)に示したようにトランジスタTr3を温度T4時にOFF
からONになるように設定される。また、抵抗R10とサー
ミスタRT4はトランジスタTr4を温度T3にONからOFFにな
るように設定される「第8図(b)」。
このようなものでは、第3と第4のトランジスタT
r3、Tr4のON、OFFにより、温度T3からT4までの間をスイ
ッチング回路(Tr3、Tr4)の動作期間とする「第8図
(c)」。したがって、スイッチング回路の動作期間Tr
3、Tr4、をOFFとするので、抵抗R3とR4との間の出力電
圧は上昇する。すなわち、第9図に示したように、温度
T3からT4までの間の一部領域ではこれに応答した感応電
圧V4とし、一部領域以外では感応電圧V4よりレベルの低
い通常電圧V3となる。なお、通常電圧V3及び感応電圧V4
の値は前述同様に抵抗R1、R2、R3により自在に設定でき
る。
したがって、この実施例でも、第10図に示したように
温度感応電圧発生回路14の出力端に可変容量ダイオード
15を接続して直流阻止用のコンデンサ16を設けてやれば
「同図(a)」、一部温度領域のみで容量値の変化する
温度補償素子17としての電圧可変容量素子を得ることが
できる「同図(b)」。そして、この温度補償素子を第
11図に示したように、前述した温度補償発振器に接続し
てやれば、補償温度特性中の温度T3からT4時の1ppmを越
える部分を更に補償して、その部分を前第13図の曲線
(ニ)のp部分に示したよう±1pmm以内にすることがで
きる。但し、この場合も、補償電圧としての感応電圧V4
を周波数変化が±1ppm以内になるような値に設定する。
また、通常電圧V3の印加時には補償温度特性は変化しな
いように例えば可変コンデンサにより調整する必要があ
る。そして、このようなものでは従来のように電圧発生
回路6(温度補償回路2)を再製作して交換する必要も
ないので、歩留を良好として生産性を向上する。
(他の事項) なお、上記実施例では従来の補償温度特性中の+側又
は−側に外れた部分を別個に補償する場合を説明した
が、第12図に示したように、+及び−側に外れた部分を
ともに補償するようにしてもよいことは勿論である。そ
して、基本的には、温度補償特性の形態には拘らず規格
を越える部分についてその補償を行え得るものである。
また、従来の補償温度特性は電圧制御によるものを例示
したが、例えば、サーミスタ、コンデンサ、抵抗の直・
並列回路からなる所謂直接補償法によるものであっても
適用できる。
また、本発明では付随的に次の効果を生ずる。すなわ
ち、水晶振動子3の温度特性は理論上では常温25℃近傍
に変曲点をもつ三次曲線となるが、現実的には理論上の
温度特性を目標として設計しても副振動や微少の切断角
度差等の僅かな影響によりその温度特性に歪みを来す。
そして、このようなもの中には、温度補償発振器用の水
晶振動子としては温度特性を補償しきれず使用できない
ものがある。しかし、本発明を適用すれば、理論値から
多少逸脱した温度特性のものでも、温度特性を部分的に
補償して充分に利用でき、メーカとして経済的に非常に
有利にする効果を奏する。
また、温度感応電圧発生回路は温度補償発振器の温度
補償素子として説明したが、一部領域の温度を検出する
センサとして適用できることは勿論である。
(発明の効果) 本発明は、温度感応電圧発生回路を周囲温度に感応す
る第1感温素子によりバイアス電圧を設定されて温度T1
時にOFFからONとなる第1トランジスタと、第2感温素
子によりバイアス電圧を設定されて温度T2時にONからOF
Fになる第2トランジスタとを接続して、温度T1からT2
のとき動作期間とするスイッチング回路から形成したの
で、一部温度領域のときのみ感応電圧を発生して特に温
度補償発振器の補償電圧として利用でき、その場合生産
性を向上する効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する温度感応電圧発生
回路の図、第2図はサーミスタの温度抵抗特性図、第3
図(a)(b)(c)は同実施例の温度感応電圧発生回
路の作用を説明するスイッチング特性図、第4図は同実
施例の温度電圧特性図、第5図(a)は同実施例を利用
した温度補償素子の図、第5図(b)は同温度補償素子
の温度容量特性図、第6図は同温度補償素子を用いた温
度補償発振器の概略構成図である。 第7図は本発明の他の実施例を説明する温度感応電圧発
生回路の図、第8図(a)(b)(c)は同実施例の温
度感応電圧発生回路の作用を説明するスイッチング特性
図、第9図は同実施例の温度電圧特性図、第10図(a)
は同実施例を利用した温度補償素子の図、第10図(b)
は同温度補償素子の温度容量特性図、第11図は同温度補
償素子を用いた温度補償発振器の概略構成図である。 第12図は本発明の他の実施例を説明する温度補償発振器
の概略構成図である。 第13図は従来例を説明する温度補償発振器の概略構成
図、第14図は温度特性図、第15図は第14図の曲線(イ)
の拡大図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】周囲温度に感応して抵抗値の変化する第1
    感温素子によりバイアス電圧を設定して温度T1時にOFF
    からONとなる第1トランジスタと、周囲温度に感応して
    抵抗値の変化する第2感温素子によりバイアス電圧を設
    定して温度T2時にONからOFFになる第2トランジスタと
    を具備し、前記第1トランジスタと第2トランジスタと
    により温度T1からT2のとき動作期間となるスイッチング
    回路を形成し、前記スイッチング回路の動作期間のみ感
    応電圧を発生させるようにしたことを特徴とする温度感
    応電圧発生回路。
  2. 【請求項2】前記感応電圧は温度補償水晶発振器の水晶
    振動子に接続した電圧可変容量素子に印加されて水晶発
    振器の周波数温度特性を補償する補償電圧であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の温度感応電圧発
    生回路。
  3. 【請求項3】特許請求の範囲第1項記載の温度感応電圧
    発生回路の出力端に電圧可変容量素子を接続し、水晶発
    振器の周波数温度特性の補償用としたことを特徴とする
    温度補償素子。
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