JP5640418B2 - Temperature control circuit and constant temperature type piezoelectric oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、恒温型圧電発振器に用いられ、主温度制御を司る発熱部の温度を広範囲な周
囲温度変動に対応して制御可能な回路構成に関するものである。
The present invention relates to a circuit configuration that is used in a constant temperature type piezoelectric oscillator and that can control the temperature of a heat generating portion that controls main temperature in accordance with a wide range of ambient temperature fluctuations.
通信機器あるいは測定器等の基準の周波数信号源に用いられる水晶発振器は、温度変化
に対して高い精度で出力周波数が安定していることが求められている。一般に水晶発振器
の中でも極めて高い周波数安定度が得られるものとしては、電気的特性が温度の影響を受
け易い水晶振動子等の電子部品を一定温度に保たれた槽内に収納した恒温槽型水晶発振器
（ＯＣＸＯ）が知られており、これにより、例えば１×１０−７〜５×１０−１０ｐｐｍ
／０〜＋６０℃と極めて高い周波数安定度が得られている。
尚、特許文献１には、主の温度制御を行なうための感温素子とは別にサーミスタを備え
、周囲温度変化に対する温度制御機能を加えることで、通常の温度制御だけでは制御しき
れずに発生してしまう温度制御偏差に補正を加えて、更に高精度の温度制御を実現してい
る恒温槽型圧電発振器について開示されている。
A crystal oscillator used for a reference frequency signal source such as a communication device or a measuring instrument is required to have a stable output frequency with high accuracy against a temperature change. In general, crystal oscillators that can achieve extremely high frequency stability include a thermostat crystal that contains electronic components such as crystal units whose electrical characteristics are easily affected by temperature in a tank maintained at a constant temperature. Oscillators (OCXOs) are known, for example 1 × 10 −7 to 5 × 10 −10 ppm
An extremely high frequency stability of / 0 to + 60 ° C. is obtained.
Patent Document 1 includes a thermistor separately from the temperature sensing element for performing the main temperature control, and by adding a temperature control function with respect to a change in ambient temperature, the normal temperature control alone is not enough to control. There is disclosed a thermostatic oven type piezoelectric oscillator that corrects the temperature control deviation that is generated and realizes highly accurate temperature control.
しかしながら、特許文献１に開示されている従来技術は、例えば、−１０℃〜＋７０℃
のような動作温度範囲では問題となることはないが、−４０℃〜＋８５℃のような温度範
囲の拡張を考えた場合、サーミスタの特性が低温（−４０℃〜−１０℃）では、その抵抗
値が図６に示すように急激に変化することから、本来の主の温度制御よりも大きな補正制
御が加わることとなり、温度制御異常（低温側での異常な加熱）を引き起こすといった問
題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、負の温度係数で非線形な抵抗・温
度特性を示す感温素子と、正の温度係数で線形な抵抗・温度特性を示す感温素子を併用す
ることにより、温度制御偏差の補正量を微調整することが可能となった温度制御回路を提
供することを目的とする。
However, the prior art disclosed in Patent Document 1 is, for example, −10 ° C. to + 70 ° C.
However, when the expansion of the temperature range such as −40 ° C. to + 85 ° C. is considered, the characteristics of the thermistor are low (−40 ° C. to −10 ° C.). Since the resistance value changes abruptly as shown in FIG. 6, correction control larger than the original main temperature control is added, and there is a problem that temperature control abnormality (abnormal heating on the low temperature side) is caused. .
The present invention has been made in view of such problems, and includes a temperature sensing element that exhibits nonlinear resistance / temperature characteristics with a negative temperature coefficient, and a temperature sensing element that exhibits linear resistance / temperature characteristics with a positive temperature coefficient. An object of the present invention is to provide a temperature control circuit capable of finely adjusting the correction amount of the temperature control deviation by using in combination.
本発明は、上述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。
SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.
［適用例１］ベース電圧によりコレクタ電流が制御されるパワートランジスタと、該パ
ワートランジスタの発熱温度を検知する第１の感温素子と、周囲温度を検知する第２の感
温素子と、周囲温度を検知する第３の感温素子と、前記ベース電圧を出力する差動増幅器
と、を備えた温度制御回路であって、前記第２の感温素子は負の温度係数による非線形な
抵抗・温度特性を有し、前記第３の感温素子は正の温度係数による線形な抵抗・温度特性
を有し、前記差動増幅器は、前記第1の感温素子、前記第２の感温素子、及び前記第３の
感温素子から検出された電圧に基づいてベース電圧を出力し、前記第１の感温素子と前記
第２の感温素子とを直列に接続して基準電圧とグランド間に接続し、前記第１の感温素子
と前記第２の感温素子との接続中点を前記差動増幅器の一方の入力端子に接続し、前記第
３の感温素子と抵抗素子とを直列に接続して前記基準電圧とグランド間に接続し、前記第
３の感温素子と前記抵抗素子との接続中点を前記差動増幅器の他方の入力端子に接続して
ブリッジ回路を構成したことを特徴とする。
Application Example 1 A power transistor whose collector current is controlled by a base voltage, a first temperature sensing element for detecting the heat generation temperature of the power transistor, a second temperature sensing element for detecting the ambient temperature, and the ambient temperature And a differential amplifier that outputs the base voltage, wherein the second temperature sensitive element is a non-linear resistance / temperature with a negative temperature coefficient. The third temperature sensing element has a linear resistance / temperature characteristic with a positive temperature coefficient, and the differential amplifier includes the first temperature sensing element, the second temperature sensing element, And a base voltage is output based on the voltage detected from the third temperature sensing element, and the first temperature sensing element and the second temperature sensing element are connected in series to connect between the reference voltage and the ground. Connecting and connecting the first temperature sensing element and the second temperature sensing element A point is connected to one input terminal of the differential amplifier, the third temperature sensing element and a resistance element are connected in series and connected between the reference voltage and ground, and the third temperature sensing element A bridge circuit is configured by connecting a midpoint of connection with the resistance element to the other input terminal of the differential amplifier.
本発明では、パワートランジスタの発熱温度を検知する第１の感温素子と、周囲温度を
感知し、負の温度係数（感温素子がサーミスタの場合、周囲温度が低いと抵抗値が高くな
る）により非線形な抵抗・温度特性を示す第２の感温素子とを直列に接続し、その接続中
点の電圧を差動増幅器の一方に入力する。また、正の温度係数（感温素子がサーミスタの
場合、周囲温度が低いと抵抗値も低くなる）により線形な抵抗・温度特性を示す第３の感
温素子と抵抗素子を直列に接続し、その接続中点の電圧を差動増幅器の他方に入力する。
この構成により、周囲温度が低くなった場合（−４０℃〜−１０℃）に、第２の感温素子
の抵抗値が急激に高くなるが、同じ周囲温度を検知する第３の感温素子は第２の感温素子
の変化とは逆に抵抗値が直線的に低くなる。従って、第２の感温素子と第３の感温素子の
特性が相補的な関係となり、差動増幅器は低温側の周囲温度による急激な変化を抑制する
。また、高温側では第２の感温素子の特性は非線形ではあるが、略なだらかに変化するた
め急激な変化は発生しない。これにより、低温から高温までの広範囲（例えば、−４０℃
〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整することができる。
In the present invention, the first temperature sensing element for detecting the heat generation temperature of the power transistor and the ambient temperature are sensed, and the negative temperature coefficient (when the temperature sensing element is a thermistor, the resistance value increases when the ambient temperature is low). Is connected in series with a second temperature sensing element exhibiting nonlinear resistance / temperature characteristics, and the voltage at the midpoint of the connection is input to one of the differential amplifiers. In addition, a third temperature sensing element and a resistance element that show linear resistance / temperature characteristics are connected in series by a positive temperature coefficient (when the temperature sensing element is a thermistor, the ambient temperature is low, the resistance value is also low), The voltage at the midpoint of the connection is input to the other side of the differential amplifier.
With this configuration, when the ambient temperature becomes low (−40 ° C. to −10 ° C.), the resistance value of the second temperature sensitive element increases rapidly, but the third temperature sensitive element detects the same ambient temperature. Contrary to the change of the second temperature sensing element, the resistance value decreases linearly. Accordingly, the characteristics of the second temperature sensing element and the third temperature sensing element have a complementary relationship, and the differential amplifier suppresses a rapid change due to the ambient temperature on the low temperature side. In addition, on the high temperature side, the characteristics of the second temperature sensing element are non-linear, but the characteristics change gently so that no sudden change occurs. As a result, a wide range from low temperature to high temperature (for example, −40 ° C.
The correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over the ambient temperature (˜ + 80 ° C.).
［適用例２］前記第１の感温素子と抵抗素子とを直列に接続して前記基準電圧とグラン
ド間に接続し、前記第１の感温素子と抵抗素子との接続中点を前記差動増幅器の一方の入
力端子に接続し、前記第３の感温素子と前記第２の感温素子とを直列に接続して前記基準
電圧とグランド間に接続し、前記第３の感温素子と前記第２の感温素子との接続中点を前
記差動増幅器の他方の入力端子に接続してブリッジ回路を構成したことを特徴とする。
Application Example 2 The first temperature sensing element and the resistance element are connected in series and connected between the reference voltage and the ground, and the connection midpoint between the first temperature sensing element and the resistance element is the difference. Connected to one input terminal of a dynamic amplifier, the third temperature sensing element and the second temperature sensing element are connected in series and connected between the reference voltage and the ground, and the third temperature sensing element And the second temperature sensing element are connected to the other input terminal of the differential amplifier to form a bridge circuit.
本発明では、第１の感温素子と抵抗素子の接続中点を差動増幅器の一方の入力に接続し
、第２の感温素子を第３の感温素子と直列接続し、その接続中点の電圧を差動増幅器の他
方の入力に接続した。この回路構成の場合は、パワートランジスタの発熱温度による電圧
は補正されずに、直接差動増幅器の一方に入力される。しかし、差動増幅器の他方の入力
には第２の感温素子と第３の感温素子により補正された電圧が入力されるため、周囲温度
が低温になって第２の感温素子の抵抗値が急激に変化しても、第３の感温素子により補正
することができる。これにより、低温から高温までの広範囲（例えば、−４０℃〜＋８０
℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整することができる。
In the present invention, the midpoint of connection between the first temperature sensing element and the resistance element is connected to one input of the differential amplifier, the second temperature sensing element is connected in series with the third temperature sensing element, and the connection is in progress. The voltage at the point was connected to the other input of the differential amplifier. In the case of this circuit configuration, the voltage due to the heat generation temperature of the power transistor is not corrected and is directly input to one of the differential amplifiers. However, since the voltage corrected by the second temperature sensing element and the third temperature sensing element is inputted to the other input of the differential amplifier, the ambient temperature becomes low and the resistance of the second temperature sensing element becomes low. Even if the value changes rapidly, it can be corrected by the third temperature sensing element. Thereby, a wide range from low temperature to high temperature (for example, −40 ° C. to + 80 ° C.).
The correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over the ambient temperature (° C.).
［適用例３］抵抗素子と前記第３の感温素子とを直列に接続して前記基準電圧とグラン
ド間に接続し、前記抵抗素子と前記第３の感温素子との接続中点を前記差動増幅器の一方
の入力端子に接続し、抵抗素子、前記第１の感温素子、及び前記第２の感温素子とを直列
に接続して前記基準電圧とグランド間に接続し、前記抵抗素子と前記第１の感温素子との
接続中点を前記差動増幅器の他方の入力端子に接続してブリッジ回路を構成したことを特
徴とする。
Application Example 3 A resistance element and the third temperature sensing element are connected in series to be connected between the reference voltage and the ground, and a connection midpoint between the resistance element and the third temperature sensing element is defined as the connection point. Connected to one input terminal of the differential amplifier, a resistance element, the first temperature sensing element, and the second temperature sensing element are connected in series and connected between the reference voltage and the ground, and the resistance A bridge circuit is configured by connecting a midpoint of connection between the element and the first temperature sensitive element to the other input terminal of the differential amplifier.
本発明では、抵抗素子と前記第３の感温素子の接続中点を差動増幅器の一方の入力に接
続し、抵抗素子、第１の感温素子、及び第２の感温素子を直列接続し、抵抗素子と第１の
感温素子との接続中点を差動増幅器の他方の入力に接続した。この回路構成の場合は、周
囲温度による電圧は補正されずに直接、差動増幅器の一方に入力される。しかし、差動増
幅器の他方の入力にはパワートランジスタの発熱温度による電圧が第２の感温素子により
補正されて入力されるため、周囲温度が低温になって第２の感温素子の抵抗値が急激に変
化してパワートランジスタの発熱温度が高くなったようになり、パワートランジスタの発
熱を抑えるように働こうとするが、第３の感温素子により補正することができる。これに
より、低温から高温までの広範囲（例えば、−４０℃〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温
度制御偏差の補正量を微調整することができる。
In the present invention, the midpoint of connection between the resistance element and the third temperature sensing element is connected to one input of the differential amplifier, and the resistance element, the first temperature sensing element, and the second temperature sensing element are connected in series. Then, the connection midpoint between the resistance element and the first temperature sensing element was connected to the other input of the differential amplifier. In the case of this circuit configuration, the voltage due to the ambient temperature is directly input to one of the differential amplifiers without being corrected. However, since the voltage due to the heat generation temperature of the power transistor is corrected and input to the other input of the differential amplifier by the second temperature sensing element, the ambient temperature becomes low and the resistance value of the second temperature sensing element is reduced. Changes rapidly, and the heat generation temperature of the power transistor becomes high and tries to suppress the heat generation of the power transistor, but can be corrected by the third temperature sensing element. Thereby, the correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over a wide range of ambient temperatures from low temperature to high temperature (for example, −40 ° C. to + 80 ° C.).
［適用例４］前記第１の感温素子は、前記パワートランジスタの発熱を制御する主制御
用素子であり、前記第２の感温素子及び前記第３の感温素子は、所定の周囲温度範囲に亘
って温度制御偏差を補正する補正用素子であることを特徴とする。
Application Example 4 The first temperature sensing element is a main control element that controls heat generation of the power transistor, and the second temperature sensing element and the third temperature sensing element have a predetermined ambient temperature. The correction element corrects the temperature control deviation over a range.
本発明ではパワートランジスタの温度を検知する感温素子、正の温度係数を有する感温
素子、及び負の温度係数を有する感温素子の３つが少なくとも必要である。そして、パワ
ートランジスタの温度を検知する感温素子は主制御用に使用され、正負の温度係数の感温
素子は、それぞれ周囲温度を検知するために必要である。これにより、最小限の感温素子
で回路を構成することができる。
In the present invention, at least three of a temperature sensing element for detecting the temperature of the power transistor, a temperature sensing element having a positive temperature coefficient, and a temperature sensing element having a negative temperature coefficient are necessary. And the temperature sensing element which detects the temperature of a power transistor is used for main control, and the temperature sensing element of a positive / negative temperature coefficient is required in order to each detect ambient temperature. Thereby, a circuit can be comprised with the minimum temperature sensing element.
［適用例５］前記感温素子はサーミスタであることを特徴とする。 Application Example 5 The temperature sensitive element is a thermistor.
感温素子には、熱電対、サーミスタ等使用目的に応じて各種存在する。その中で、サー
ミスタは温度変化に対して抵抗値が変化する素子であり、最も多く使用されている。また
、サーミスタには温度に比例して抵抗値が高くなる正温度係数を有するものと、温度に比
例して抵抗値が低くなる負温度係数のものがある。更に、サーミスタの両端に基準電圧を
印加することにより、抵抗値の変化（温度変化）を電圧変化として捉えることができる。
これにより、簡易な構成で且つ安価に回路を構成することができる。
There are various types of thermosensitive elements depending on the intended use, such as thermocouples and thermistors. Among them, the thermistor is an element whose resistance value changes with temperature change, and is most often used. Some thermistors have a positive temperature coefficient in which the resistance value increases in proportion to the temperature, and others have a negative temperature coefficient in which the resistance value decreases in proportion to the temperature. Furthermore, by applying a reference voltage to both ends of the thermistor, a change in resistance value (temperature change) can be regarded as a voltage change.
As a result, a circuit can be configured with a simple configuration and at a low cost.
［適用例６］請求項１乃至５の何れか一項に記載の温度制御回路を備え、前記パワート
ランジスタを圧電振動子に密着配置し、前記第２の感温素子及び前記第３の感温素子を周
囲温度検知用として配置した恒温型圧電発振器を特徴とする。
Application Example 6 The temperature control circuit according to any one of claims 1 to 5 is provided, the power transistor is disposed in close contact with the piezoelectric vibrator, and the second temperature sensing element and the third temperature sensing are provided. It is characterized by a constant temperature type piezoelectric oscillator in which an element is arranged for detecting ambient temperature.
本発明の温度制御回路を恒温型圧電発振器に利用する場合、パワートランジスタの温度
を検知する第１の感温素子は、直接パワートランジスタのケースに密着する。また、周囲
温度を検知する第２及び第３の感温素子は、パワートランジスタの発熱の影響をできるだ
け受けない場所に配置する。これにより、低温から高温までの広範囲（例えば、−４０℃
〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整することができる恒温型
圧電発振器を実現することができる。
When the temperature control circuit of the present invention is used for a constant temperature type piezoelectric oscillator, the first temperature sensing element that detects the temperature of the power transistor is in direct contact with the case of the power transistor. Further, the second and third temperature sensing elements for detecting the ambient temperature are arranged in a place where they are not affected as much as possible by the power transistor. As a result, a wide range from low temperature to high temperature (for example, −40 ° C.
A constant temperature type piezoelectric oscillator capable of finely adjusting the correction amount of the temperature control deviation over the ambient temperature (˜ + 80 ° C.) can be realized.
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。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings. However, the components, types, combinations, shapes, relative arrangements, and the like described in this embodiment are merely illustrative examples and not intended to limit the scope of the present invention only unless otherwise specified. .
図１は本発明の第１の実施形態に係る温度制御回路の回路図である。ここで、Ｔｒはパ
ワートランジスタ、ＴＨ１はＴｒの発熱コントロール用（主の制御）サーミスタ、ＴＨ２
は周囲温度を検知するＮＴＣサーミスタ（温度制御偏差補正用）、ＴＨ３は周囲温度を検
知するリニア正温度係数サーミスタ（温度制御偏差補正用）である。この温度制御回路５
１は、ベース電圧Ｖｂによりコレクタ電流Ｉｃが制御されるパワートランジスタＴｒと、
パワートランジスタＴｒの発熱温度を検知するＴＨ１（第１の感温素子）と、負の温度係
数により非線形な抵抗・温度特性を示すＴＨ２（第２の感温素子）と、正の温度係数によ
り線形な抵抗・温度特性を示すＴＨ３（第３の感温素子）と、ＴＨ１、ＴＨ２、及びＴＨ
３から検出された結果（電圧値）に基づいてパワートランジスタＴｒに供給するベース電
圧Ｖｂを出力するＱ１（差動増幅器）と、を備え、ＴＨ１とＴＨ２とを直列に接続して基
準電圧ＶｒｅｆとグランドＧ間に接続し、ＴＨ１とＴＨ２との接続中点Ｐから抵抗素子Ｒ
１を介してＱ１の一方の入力端子（−）に接続し、ＴＨ３と抵抗素子Ｒ２とを直列に接続
してＶｒｅｆとＧ間に接続し、ＴＨ３とＲ２との接続中点ＲをＱ１の他方の入力端子（＋
）に接続してブリッジ回路を構成した。尚、ＴＨ１とＴＨ２は抵抗素子を介してＧに接続
され、Ｔｒのエミッタにはコレクタ電流Ｉｃを制限する抵抗素子Ｒｅを介してＧに接続さ
れる。また、Ｑ１の出力はＴｒのベースに接続され、Ｔｒのコレクタは電源Ｖｃｃに接続
される。
FIG. 1 is a circuit diagram of a temperature control circuit according to the first embodiment of the present invention. Here, Tr is a power transistor, TH1 is a thermistor for controlling the heat generation of Tr (main control), TH2
Is an NTC thermistor (for temperature control deviation correction) that detects the ambient temperature, and TH3 is a linear positive temperature coefficient thermistor (for temperature control deviation correction) that detects the ambient temperature. This
1 is a power transistor Tr whose collector current Ic is controlled by a base voltage Vb;
TH1 (first temperature sensing element) that detects the heat generation temperature of the power transistor Tr, TH2 (second temperature sensing element) that exhibits non-linear resistance / temperature characteristics with a negative temperature coefficient, and linear with a positive temperature coefficient TH3 (Third Temperature Sensing Element) showing excellent resistance / temperature characteristics, TH1, TH2, and TH
Q1 (differential amplifier) that outputs a base voltage Vb to be supplied to the power transistor Tr based on a result (voltage value) detected from 3 and TH1 and TH2 are connected in series and a reference voltage Vref Connected between the grounds G, and the resistance element R from the connection middle point P between TH1 and TH2
1 is connected to one input terminal (−) of Q1 through TH1, TH3 and resistance element R2 are connected in series and connected between Vref and G, and the connection middle point R between TH3 and R2 is connected to the other of Q1. Input terminal (+
) To form a bridge circuit. TH1 and TH2 are connected to G through a resistance element, and the emitter of Tr is connected to G through a resistance element Re that limits the collector current Ic. The output of Q1 is connected to the base of Tr, and the collector of Tr is connected to the power supply Vcc.
次に温度制御回路５１の動作について説明する。説明を簡略化するために、周囲温度を
一定とし、その時のＴＨ２とＴＨ３の抵抗値は一定とする。ここで、ＴＨ２とＴＨ３の周
囲温度と抵抗値との関係は図６に示す。ＴＨ２は負の温度係数を有するサーミスタであり
、−４０℃〜−１０℃の間で急激に抵抗値が変化する温度特性である。また、ＴＨ３は正
の温度係数を有するサーミスタであり、略直線的に変化する温度特性である。
まず、温度制御回路５１の電源が投入されると、ＴＲは最初冷えているのでＴＨ１の抵
抗値は高い値を示す。その結果、ＴＨ１とＴＨ２の接続点Ｐの電圧は、ローレベルとなり
、Ｑ１の（−）端子に入力されるので、Ｑ１の出力は反転されてＴｒのベース電圧Ｖｂは
ハイレベルとなり、Ｔｒのコレクタ電流Ｉｃが流れる。Ｔｒにコレクタ電流Ｉｃが流れる
と、コレクタ損失によりＴｒは発熱する。その熱は、ＴＨ１により検出されて抵抗値を下
げるように働く。その結果、接続点Ｐの電圧は徐々に上昇してＱ１の出力電圧も低下し、
Ｔｒのコレクタ電流Ｉｃも減少する。それに伴って、Ｔｒの発熱量が減少する。尚、Ｑ１
の（＋）入力には周囲温度による電圧が印加されているので、その温度に適した温度にな
るようにＴｒが加熱されて維持される。
Next, the operation of the
First, when the
The collector current Ic of Tr also decreases. Along with this, the amount of heat generated by Tr decreases. Q1
Since the voltage due to the ambient temperature is applied to the (+) input, the Tr is heated and maintained so that the temperature is suitable for the temperature.
ここで、周囲温度が低温側（−４０℃〜−１０℃）に移行した場合について説明する。
周囲温度が低温側（−４０℃〜−１０℃）に移行すると、ＴＨ２は図６に示すように、急
激に抵抗値が高くなる。その結果、接続点Ｐの電圧は急激に上昇する。このままであれば
、Ｑ１の出力は急激にローレベルになってＴｒのコレクタ電流Ｉｃを減少させて、Ｔｒの
発熱が減少するが、本実施形態では、Ｑ１の（＋）入力にＴＨ３とＲ２の接続点Ｒが入力
されている。その結果、周囲温度が急激に低下すると、ＴＨ３の抵抗値は図６に示すとお
りなだらかに低下するので、接続点Ｒの電圧も高くなり、Ｑ１の出力電圧Ｖｂが急激に低
下するのを抑制することができる。その結果、Ｔｒにはそれなりのコレクタ電流Ｉｃが流
れて、Ｔｒが急激に冷却するのを防止することができる。
即ち、本実施形態では、パワートランジスタＴｒの発熱温度を検知するＴＨ１と、周囲
温度を感知し、負の温度係数（感温素子がサーミスタの場合、周囲温度が低いと抵抗値が
高くなる）により非線形な抵抗・温度特性を示すＴＨ２とを直列に接続し、その接続中点
Ｐの電圧をＱ１の（−）に入力する。また、正の温度係数（感温素子がサーミスタの場合
、周囲温度が低いと抵抗値も低くなる）により線形な抵抗・温度特性を示すＴＨ３と抵抗
素子Ｒ２を直列に接続し、その接続中点Ｒの電圧をＱ１の（＋）に入力する。この構成に
より、周囲温度が低くなった場合（−４０℃〜−１０℃）に、ＴＨ２の抵抗値が急激に高
くなるが、同じ周囲温度を検知するＴＨ３はＴＨ２の変化とは逆に抵抗値が直線的に低く
なる。従って、ＴＨ２とＴＨ３の特性が相補的な関係となり、Ｑ１は低温側の周囲温度に
よる急激な変化を抑制する。また、高温側ではＴＨ２の特性は非線形ではあるが、略なだ
らかに変化するため急激な変化は発生しない。これにより、低温から高温までの広範囲（
例えば、−４０℃〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整するこ
とができる。
Here, a case where the ambient temperature has shifted to the low temperature side (−40 ° C. to −10 ° C.) will be described.
When the ambient temperature shifts to the low temperature side (−40 ° C. to −10 ° C.), the resistance value of TH2 rapidly increases as shown in FIG. As a result, the voltage at the connection point P increases rapidly. If this is the case, the output of Q1 suddenly goes low and the Tr collector current Ic is reduced to decrease the heat generation of Tr. However, in this embodiment, the (+) input of Q1 is connected to the TH3 and R2 inputs. Connection point R is input. As a result, when the ambient temperature rapidly decreases, the resistance value of TH3 gradually decreases as shown in FIG. 6, so that the voltage at the connection point R also increases, and the output voltage Vb of Q1 is prevented from rapidly decreasing. be able to. As a result, an appropriate collector current Ic flows through Tr, and it is possible to prevent Tr from rapidly cooling.
That is, in this embodiment, TH1 that detects the heat generation temperature of the power transistor Tr and the ambient temperature are sensed, and the negative temperature coefficient (when the temperature sensitive element is a thermistor, the resistance value increases when the ambient temperature is low). TH2 that exhibits nonlinear resistance / temperature characteristics is connected in series, and the voltage at the connection midpoint P is input to (−) of Q1. Also, TH3, which shows a linear resistance / temperature characteristic, is connected in series with a positive temperature coefficient (if the temperature sensitive element is a thermistor, the ambient temperature is low, the resistance value is low), and the connection midpoint The voltage of R is input to (+) of Q1. With this configuration, when the ambient temperature becomes low (−40 ° C. to −10 ° C.), the resistance value of TH2 increases rapidly, but TH3 that detects the same ambient temperature has a resistance value opposite to the change in TH2. Becomes linearly lower. Therefore, the characteristics of TH2 and TH3 have a complementary relationship, and Q1 suppresses a rapid change due to the ambient temperature on the low temperature side. On the high temperature side, the characteristics of TH2 are non-linear. However, since the characteristic changes gently, no rapid change occurs. This allows a wide range from low to high temperatures (
For example, the correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over an ambient temperature of −40 ° C. to + 80 ° C.
図２は本発明の第２の実施形態に係る温度制御回路の回路図である。ここで、Ｔｒはパ
ワートランジスタ、ＴＨ１は、Ｔｒの発熱コントロール用サーミスタ（主の制御）、ＴＨ
２、ＴＨ２’は、ＮＴＣサーミスタ（温度制御偏差補正用）（ＴＨ２、ＴＨ２’のどちら
か一方は抵抗でも良い）、ＴＨ３、ＴＨ３’はリニア正温度係数サーミスタ（温度制御偏
差補正用）（ＴＨ３、ＴＨ３’のどちらか一方は抵抗でも良い）。図２では、ＴＨ２、Ｔ
Ｈ３´を抵抗素子にした回路構成として説明する。この温度制御回路５２は、ＴＨ１と抵
抗素子とを直列に接続して基準電圧ＶｒｅｆとグランドＧ間に接続し、ＴＨ１と抵抗素子
との接続中点ＰをＱ１の一方の入力端子（−）に接続し、ＴＨ３とＴＨ２’とを直列に接
続してＶｒｅｆとＧ間に接続し、ＴＨ３とＴＨ２’との接続中点ＲをＱ１の他方の入力端
子（＋）に接続してブリッジ回路を構成した。
即ち、本実施形態では、ＴＨ１と抵抗素子の接続中点ＰをＱ１の一方の入力（−）に接
続し、ＴＨ２をＴＨ３と直列接続し、その接続中点Ｒの電圧をＱ１の他方の入力（＋）に
接続した。この回路構成の場合は、Ｔｒの発熱温度による電圧は補正されずに、直接Ｑ１
の（−）に入力される。しかし、Ｑ１の（＋）にはＴＨ３とＴＨ２´により補正された電
圧が入力されるため、周囲温度が低温になってＴＨ２´の抵抗値が急激に変化しても、Ｔ
Ｈ３により補正することができる。これにより、低温から高温までの広範囲（例えば、−
４０℃〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整することができる
。
FIG. 2 is a circuit diagram of a temperature control circuit according to the second embodiment of the present invention. Here, Tr is a power transistor, TH1 is a thermistor for controlling the heat generation of Tr (main control), TH
2, TH2 ′ is an NTC thermistor (for temperature control deviation correction) (either one of TH2 and TH2 ′ may be a resistor), and TH3 and TH3 ′ are linear positive temperature coefficient thermistors (for temperature control deviation correction) (TH3, Either one of TH3 'may be a resistor). In FIG. 2, TH2, T
A circuit configuration using H3 ′ as a resistance element will be described. In this temperature control circuit 52, TH1 and a resistance element are connected in series and connected between a reference voltage Vref and a ground G, and a connection midpoint P between TH1 and the resistance element is connected to one input terminal (−) of Q1. Connect TH3 and TH2 'in series, connect between Vref and G, connect the connection midpoint R of TH3 and TH2' to the other input terminal (+) of Q1, and form a bridge circuit did.
That is, in this embodiment, the connection point P1 between TH1 and the resistance element is connected to one input (−) of Q1, TH2 is connected in series with TH3, and the voltage at the connection point R is connected to the other input of Q1. Connected to (+). In the case of this circuit configuration, the voltage due to the heat generation temperature of Tr is not corrected, but directly Q1.
Of (-). However, since the voltage corrected by TH3 and TH2 ′ is input to (+) of Q1, even if the ambient temperature becomes low and the resistance value of TH2 ′ suddenly changes, T
It can be corrected by H3. As a result, a wide range from low temperature to high temperature (for example, −
The correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over the ambient temperature (40 ° C. to + 80 ° C.).
図３は本発明の第３の実施形態に係る温度制御回路の回路図である。ここで、Ｔｒはパ
ワートランジスタ、ＴＨ１はＴｒの発熱コントロール用サーミスタ（主の制御）、ＴＨ２
、ＴＨ２’はＮＴＣサーミスタ（温度制御偏差補正用）（ＴＨ２、ＴＨ２’のどちらか一
方は抵抗でも良い）、ＴＨ３、ＴＨ３’はリニア正温度係数サーミスタ（温度制御偏差補
正用）（ＴＨ３、ＴＨ３’のどちらか一方は抵抗でも良い）。図３では、ＴＨ２’、ＴＨ
３´を抵抗素子にした回路構成として説明する。この温度制御回路５３は、抵抗素子とＴ
Ｈ３とを直列に接続して基準電圧ＶｒｅｆとグランドＧ間に接続し、抵抗素子とＴＨ３と
の接続中点ＰをＱ１の一方の入力端子（−）に接続し、抵抗素子、ＴＨ１、及びＴＨ２と
を直列に接続してＶｒｅｆとＧ間に接続し、抵抗素子とＴＨ１との接続中点ＲをＱ１の他
方の入力端子（＋）に接続してブリッジ回路を構成した。
即ち、本実施形態では、抵抗素子とＴＨ３の接続中点ＰをＱ１の（−）に接続し、抵抗
素子、ＴＨ１、及びＴＨ２を直列接続し、抵抗素子とＴＨ１との接続中点ＲをＱ１の（＋
）に接続した。この回路構成の場合は、周囲温度による電圧は補正されずに直接、Ｑ１の
一方に入力される。しかし、Ｑ１の（＋）にはＴｒの発熱温度による電圧がＴＨ２により
補正されて入力されるため、周囲温度が低温になってＴＨ２の抵抗値が急激に変化してＴ
ｒの発熱温度が高くなったようになり、Ｔｒの発熱を抑えるように働こうとするが、ＴＨ
３により補正することができる。これにより、低温から高温までの広範囲（例えば、−４
０℃〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正量を微調整することができる。
以上のとおり、上記実施形態ではＴｒの温度を検知するＴＨ１、正の温度係数を有するＴ
Ｈ３、及び負の温度係数を有するＴＨ２の３つが少なくとも必要である。そして、Ｔｒの
温度を検知するＴＨ１は主制御用に使用され、正負の温度係数のＴＨ３、ＴＨ２は、それ
ぞれ周囲温度を検知するために必要である。これにより、最小限のサーミスタで回路を構
成することができる。
FIG. 3 is a circuit diagram of a temperature control circuit according to the third embodiment of the present invention. Here, Tr is a power transistor, TH1 is a thermistor for controlling heat generation of Tr (main control), TH2
, TH2 ′ is an NTC thermistor (for temperature control deviation correction) (either one of TH2 and TH2 ′ may be a resistor), TH3, TH3 ′ is a linear positive temperature coefficient thermistor (for temperature control deviation correction) (TH3, TH3 ′ Either of them may be a resistor). In FIG. 3, TH2 ′, TH
A circuit configuration in which 3 ′ is a resistance element will be described. The temperature control circuit 53 includes a resistance element and T
H3 is connected in series, is connected between the reference voltage Vref and the ground G, the connection midpoint P between the resistor element and TH3 is connected to one input terminal (−) of Q1, and the resistor elements TH1, TH2 Are connected in series, connected between Vref and G, and a connection midpoint R between the resistance element and TH1 is connected to the other input terminal (+) of Q1 to form a bridge circuit.
That is, in the present embodiment, the connection middle point P between the resistance element and TH3 is connected to (-) of Q1, the resistance elements TH1 and TH2 are connected in series, and the connection middle point R between the resistance element and TH1 is defined as Q1. (+
). In the case of this circuit configuration, the voltage due to the ambient temperature is directly input to one of Q1 without being corrected. However, since the voltage due to the heat generation temperature of Tr is corrected by TH2 and input to (+) of Q1, the ambient temperature becomes low and the resistance value of TH2 changes abruptly.
It seems that the heat generation temperature of r becomes high and tries to suppress the heat generation of Tr.
3 can be corrected. As a result, a wide range from low temperature to high temperature (for example, −4
The correction amount of the temperature control deviation can be finely adjusted over the ambient temperature (0 ° C. to + 80 ° C.).
As described above, in the above-described embodiment, TH1 for detecting the temperature of Tr, T having a positive temperature coefficient
At least three of H3 and TH2 having a negative temperature coefficient are required. The TH1 for detecting the temperature of the Tr is used for main control, and the positive and negative temperature coefficients TH3 and TH2 are necessary for detecting the ambient temperature. Thereby, a circuit can be comprised with the minimum thermistor.
また、感温素子には、熱電対、サーミスタ等使用目的に応じて各種存在する。その中で
、サーミスタは温度変化に対して抵抗値が変化する素子であり、最も多く使用されている
。また、サーミスタには温度に比例して抵抗値が高くなる正温度係数を有するものと、温
度に比例して抵抗値が低くなる負温度係数のものがある。更に、サーミスタの両端に基準
電圧を印加することにより、抵抗値の変化（温度変化）を電圧変化として捉えることがで
きる。これにより、簡易な構成で且つ安価に回路を構成することができる。
There are various types of thermosensitive elements depending on the purpose of use, such as thermocouples and thermistors. Among them, the thermistor is an element whose resistance value changes with temperature change, and is most often used. Some thermistors have a positive temperature coefficient in which the resistance value increases in proportion to the temperature, and others have a negative temperature coefficient in which the resistance value decreases in proportion to the temperature. Furthermore, by applying a reference voltage to both ends of the thermistor, a change in resistance value (temperature change) can be regarded as a voltage change. As a result, a circuit can be configured with a simple configuration and at a low cost.
図４は本発明の各実施形態による温度制御回路の効果を説明する図である。横軸に周囲
温度（℃）、縦軸に温度制御偏差を示す。図では周囲温度の範囲を−４０℃〜＋８５℃と
して表示している。図で符号２０は温度制御偏差補正がない場合の特性であり、温度に比
例して温度制御偏差の値が直線的に増加しているのがわかる。符号２１は、従来の実施例
でＴＨ２の感度が大きい場合の特性であり、常温から高温側の範囲では所定の温度制御偏
差を維持するが、低温側で急激に温度制御偏差が増加しているのが分かる。符号２２は従
来の実施例でＴＨ２の感度が小さい場合の特性であり、低温側では所定の温度制御偏差を
維持するが、温度が上昇するに従って温度制御偏差が増加しているのが分かる。符号２３
は本発明の特性であり、低温側から高温側に亘って略フラットな特性であることがわかる
。即ち、−４０℃〜＋８５℃のような動作温度範囲を拡張した場合にも、温度制御異常の
発生がなく、高精度な温度制御を実現することができる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the effect of the temperature control circuit according to each embodiment of the present invention. The horizontal axis shows the ambient temperature (° C.), and the vertical axis shows the temperature control deviation. In the figure, the range of the ambient temperature is indicated as -40 ° C to + 85 ° C. In the figure,
These are the characteristics of the present invention, and it can be seen that the characteristics are substantially flat from the low temperature side to the high temperature side. That is, even when the operating temperature range such as −40 ° C. to + 85 ° C. is expanded, temperature control abnormality does not occur and high-precision temperature control can be realized.
図５は周囲温度を−４０℃〜＋８５℃に変化させたときのパワートランジスタの温度変
化を示す図である。左側の縦軸はパワートランジスタの温度であり、右側の縦軸は周囲温
度であり、横軸は経過時間を表す。
符号２７は周囲温度の変化を示す図であり、約６０分まで２０℃で維持し、その後−４
０℃まで低下させて１２０分までその状態を維持し、そこから６０分かけて＋８０℃まで
上昇させ、その後、その温度を約２１０分まで維持して、２０℃に戻す。
符号２４はＴＨ２の感度が小さい場合の特性であり、−４０℃の低温側では温度変化は
殆どないが、周囲温度を−４０℃から＋８０℃に上昇させると、約１℃温度が上昇するの
がわかる。
符号２５はＴＨ２の感度が大きい場合の特性であり、−４０℃の低温側では温度変化は
最大で約３℃まで上昇している。しかし、周囲温度を−４０℃から＋８０℃に上昇させる
と、殆ど変化しないのがわかる。
符号２６はＴＨ２を感度が小さいＮＴＣサーミスタを使用し、ＴＨ３に正温度係数サー
ミスタを使用した場合の特性であり、低温側、高温側とも殆ど温度変化はないのがわかる
。
FIG. 5 is a diagram showing a temperature change of the power transistor when the ambient temperature is changed from −40 ° C. to + 85 ° C. The vertical axis on the left is the temperature of the power transistor, the vertical axis on the right is the ambient temperature, and the horizontal axis represents the elapsed time.
Decrease to 0 ° C. and maintain that state for 120 minutes, then increase to + 80 ° C. over 60 minutes, then maintain the temperature to about 210 minutes and return to 20 ° C.
図７は本発明の実施形態における温度制御回路を使用した恒温型圧電発振器の断面を示
す図である。この恒温型圧電発振器５０は、全体を覆うケース１と、縦型基板９に実装さ
れて横向きになっている水晶振動子２と、水晶振動子２のケースの温度を検知するサーミ
スタ３と、水晶振動子２を加熱するパワートランジスタ４と、温度制御回路を実装した基
板５と、基板５の上に配置され、周囲温度を検知する負の温度特性を有するサーミスタ６
と、周囲温度を検知する正の温度特性を有するサーミスタ７と、基板５と外部回路との信
号のやりとりを行う端子８と、基板５に実装された部品１０と、を備えて構成されている
。
本発明の温度制御回路を恒温型圧電発振器５０に利用する場合、パワートランジスタ４
の温度を検知するサーミスタ３は、直接パワートランジスタのケースか、或いは水晶振動
子２のケース２に密着する。また、周囲温度を検知するサーミスタ６、７は、パワートラ
ンジスタ４の発熱の影響をできるだけ受けない場所に配置する。これにより、低温から高
温までの広範囲（例えば、−４０℃〜＋８０℃）な周囲温度に亘って温度制御偏差の補正
量を微調整することができる恒温型圧電発振器を実現することができる。
FIG. 7 is a view showing a cross section of a constant temperature type piezoelectric oscillator using the temperature control circuit in the embodiment of the present invention. This constant temperature type piezoelectric oscillator 50 includes a case 1 that covers the entire surface, a
And a
When the temperature control circuit of the present invention is used for the constant temperature type piezoelectric oscillator 50, the
The thermistor 3 for detecting the temperature of this is in direct contact with the case of the power transistor or the
１ ケース、２ 水晶振動子、３ サーミスタ、４ パワートランジスタ、５ 基板、６
サーミスタ、７ サーミスタ、８ 端子、９ 縦型基板、１０ 部品、５０ 恒温型圧
電発振器、５１〜５３ 温度制御回路
1 case, 2 crystal resonator, 3 thermistor, 4 power transistor, 5 substrate, 6
Thermistor, 7 Thermistor, 8 terminals, 9 Vertical substrate, 10 parts, 50 Constant temperature type piezoelectric oscillator, 51-53 Temperature control circuit
Claims (5)
前記パワートランジスタの発熱温度を検知する第１の感温素子と、
負の温度係数の抵抗・温度特性を有する第２の感温素子と、
正の温度係数の抵抗・温度特性を有する第３の感温素子と、
前記第1の感温素子、前記第２の感温素子、及び前記第３の感温素子から検出された電圧に基づいて前記パワートランジスタを駆動させる駆動電圧を出力する差動増幅器と、を備え、
基準電圧とグランドとの間に、少なくとも、基準電圧側からみて、前記第１の感温素子、前記第２の感温素子および第1の抵抗素子の並列回路、第２の抵抗素子の順で直列に接続した回路を接続し、
前記並列回路と前記第２の抵抗素子との間の導通路が前記差動増幅器の一方の入力端子に導通し、
基準電圧とグランドとの間に、少なくとも、基準電圧側からみて、前記第３の感温素子、第３の抵抗素子の順で直列に接続した回路を接続し、
前記第３の感温素子と前記第３の抵抗素子との間の導通路が前記差動増幅器の他方の入力端子に導通していることを特徴とする温度制御回路。 A power transistor as a heating means;
A first temperature sensing element for detecting a heat generation temperature of the power transistor;
A second temperature sensing element having negative temperature coefficient resistance / temperature characteristics;
A third temperature sensing element having a positive temperature coefficient resistance-temperature characteristic;
A differential amplifier that outputs a driving voltage for driving the power transistor based on a voltage detected from the first temperature sensing element, the second temperature sensing element, and the third temperature sensing element; ,
Between the reference voltage and ground, at least as viewed from the criteria voltage side, before Symbol first sensitive Yutakamoto child, before Symbol parallel circuits of the second temperature sensing element and the first resistor, the second the circuit connected in series in the order of the resistance element connected,
A conduction path between the parallel circuit and the second resistive element is conducted to one input terminal of the differential amplifier;
Between the reference voltage and ground, and connecting at least, when viewed from the criteria voltage side, front Symbol third sensitive Yutakamoto child, a circuit connected in series in the order of the third resistor element,
A temperature control circuit, wherein a conduction path between the third temperature sensing element and the third resistance element is conducted to the other input terminal of the differential amplifier.
前記並列回路と前記正の温度係数の抵抗・温度特性を有する感温素子との間の導通路が前記差動増幅器の一方の入力端子に導通し、
前記第３の抵抗素子が、負の温度係数の抵抗・温度特性を有する感温素子であることを特徴とする請求項１に記載の温度制御回路。 A temperature-sensitive element having a positive temperature coefficient resistance-temperature characteristic between the parallel circuit and the second resistance element;
A conduction path between the parallel circuit and the temperature-sensitive element having a positive temperature coefficient resistance / temperature characteristic is conducted to one input terminal of the differential amplifier,
The temperature control circuit according to claim 1, wherein the third resistance element is a temperature-sensitive element having a resistance / temperature characteristic having a negative temperature coefficient.
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