JPH0296407A - 温度補償水晶発振器 - Google Patents

温度補償水晶発振器

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JPH0296407A
JPH0296407A JP63248632A JP24863288A JPH0296407A JP H0296407 A JPH0296407 A JP H0296407A JP 63248632 A JP63248632 A JP 63248632A JP 24863288 A JP24863288 A JP 24863288A JP H0296407 A JPH0296407 A JP H0296407A
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JP
Japan
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temperature
circuit
compensation
voltage
characteristic
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JP63248632A
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Yoshifusa Ueno
美房 上野
Takayuki Suzuki
孝之 鈴木
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Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
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Publication date
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Priority to KR1019890010419A priority patent/KR930002036B1/ko
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明;、t′温度補償水晶発振器(以下、温度補償回
路恭とする)を利用分野とし、特に水晶振動子を多電極
構造として水晶発振器の周波数温度特性(以下、温度特
性とする)を二重に補償した温度補償発振器に関する。
(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#)温度
に対17て更に高安定な温度補償光振器が望まれている
(従来技術) 第8図はこの種の一従来例を説明する温度補償発振器の
ブ四ツク図である。
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
側を例えば回路部4の発振用トラレジ3夕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mを形成する。水晶振
動子3は切断角度を例えばATカットとじた厚みすべり
振動姿態とする。なお、図中のva。はT1源、voは
出力である。このような発振回路1では、第9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を主因とした常温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V6゜とアース電位間に接続した!!
!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v、1を出力端nに得る。?lrl償電圧
v虐電は、発振回路1の温度特性とは逆の三次曲線とな
る周波数電圧特性に設定される「前第9図の曲線(ロ)
」。電圧可変容量素子7は例えば電圧可変容量ダイオー
ド(以下、可変容量ダイオードとする)とし、カソード
側を電圧発生回路日の出力@n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と可変ダイオ
ード7の接続点を水晶振動子3の一端側に接続する。し
iこがって、このようなものでは、周囲温度に応答した
?IQ償電圧■、□に基づいて可変容量ダイオード7の
容量値を変化させ、発振回路1の乙晶度特性を710償
して規格を満足する補償温度特性を得ることがでさる「
前第9図の曲線(ハ)」。
(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10図の0印
を結ぶ曲線(ニ)から明らかなように、規格を例えば温
度範囲ΔT、が一30〜70℃で周波数許容偏差(以下
、許容偏差とする)Δf/r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ΔT、で許容偏差±lppmとした場合には、
点線枠で示す一20℃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の値を百計算により修正する。
そして、これにより電圧発生器′I86を新たに製作し
て交換し、許容偏差±ippm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
は各温度におけろ抵抗値の誤差やB定数も変化する。し
たがって、各Iバ抗9の値を修正したとしても理論計算
による補IIFt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、従来の潤度?m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±1ppIn以下にすることは、各素子の精度上の問
題から理論的Cζ困デ「と2ノでいた。そして、許容側
差Δ「/「を士lppm以下とする場合2とは、非常に
歩留りを悪くして生産性を低下するIj31題があった
。(発明の目的) 本発明は?I11償温度特性を規格内に満足して生産性
を向上する温度?l(I併発振器を提供することを目的
とする。
(解決手段) 本発明は、水晶片に複数のTi極対を形成して多Ti極
構造の水晶振動子とし、前記電極対の一つに規格内温度
領域の温度特性を?I11償する第1温度補償同諮を備
えた発振回路部を設け、他の電極対に前記第1渇度?l
tI償回路による補償温度特性のうち特定温度領域を更
2ζ?ll1l償する第2温度ガn償部を設けて発振回
路の温度特性を二重に補償したことを解決手段とする。
(発明の作用) 本発明は、第1澗度補償回路により得られる補償温度特
性のうち特定温度領域を第2温度補償回路1ζより補償
したので、第1温度補償部の回路素子を交換する必要が
ない。また、第1温度補償回路とf52温度補償回路と
は異なる電極対に接続するので、第1主温度?IYl償
回路と第2温度補償回路あるいは第2温度補償回路同志
の相互干渉を少なく17てそれぞれ独立的に機能させる
作用がある。
(mjJii例) 第1図は本発明の一実施例を説明する温度補償発振器の
ブロック図である。なお、前実施例図と同一部分には同
番号を付与してその説明を簡略する。そして、本実施例
では、前従来例の補償温度特性のうち規格から+側に外
れた部分の特定温度領域を更に?In償する場合を説明
する。
温度補償発振器は多電極型の水晶振動子10を利用する
。水晶振動子101;tATカットの水晶片11に二組
のTh極対12.13を設けてなる。第1M極対12に
は前述した発振回路部4と第1温度補償回路14とを接
続する。第2電極対13には第2温度補償回路15を接
続する。
第1温度?lYl償回路14は従来の温度hn償回路(
前第8図の2)に相当17、第1電圧発生回路16(同
図の6に相当)と第1可変容爪ダイオード17(同図の
7に相当)とからなる。そして、規格内の周囲温度に応
答した第1補償電圧v、1を出力端nに得る。
第2温度補償回路】5は第2電圧発生回路18と第2可
変容量ダイオード19とからなる。第2電圧発生回路1
8は一端を第1電圧発生回路16と共用する電源v0゜
側、他端をアース電位とする。
そして、出力端すには規格内温度に応答した第2補ff
T電圧v、、を得るように形成される。第2?lr!償
電圧■、は、第2図への温度電圧特性図「曲線(ホ)」
に示したように、規格内温度の特定温度領域ΔT、外で
は略一定値の通常電圧V、とする。
特定温度領域ΔT、内では通常電圧v1より低いレベル
の特定補償電圧(以下、特定電圧)■、とする。第2可
変容量ダイオード19はカソード側を電圧発生回路18
の出力端すに接続し、1ノード側をアース電位とする。
このようなものでは、補償電圧V□による第2可変容量
ダイオード19の容量変化が、対電極12と13の弾性
的結合により発振回路4に影響を及ぼしその発振周波数
を変化させる。なお、電極対13とアース電位との間の
コンデンサ20は周波数調整用である。 fP、3図は
第2電圧発生回路18の具体的な一例である。
この回路例では、電源V。(+)をコレクタ側、アース
電位をエミッタ側とiノでトランジスタTrl。
T r zをシリーズに設ける。トランジスタTr1の
コレクタ側には負荷抵抗R,を、T r 1のコレクタ
とT r 2のエミッタ間には抵抗R3とR1とを縦続
して設ける。そして、抵抗R2とR8との接続点を第2
補償電圧v、2の出力端すとする。また、トランジスタ
T r 1のバイアス分割抵抗用としてサーミスタ1じ
1と抵抗R4を、Try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(こ設ける。このよ
うな電圧発生回路18では、!・ランジスタ1°rlは
低温でOFF’、’igiでONとり、Tryは低温で
ON、高温で(’)FFとなる。
!、たがって、特定温度領域ΔT2の下限温度T、はサ
ーミスタTtT、と抵抗R4との比によって、」二限澗
度T2はサーミスタltT、と抵抗R1との比によって
決定する。また、特定温度領域Δ′r、の周波数補正量
によって求められ4特定電圧V、は抵抗R2とR1の比
によって決定される。この場合には、特定温度領域ΔT
、の上下限温度T、、T、及び特定電圧V、を決定すれ
ば、抵抗n、、rt、、R,は必然的(ご決定される。
このような構成の温度補償発振器では、第1温度補償回
y814により、発振@路4の温度特性(三次曲線)を
規t8温度範囲ΔT、にて補償する。
そして、前述したような温度@Un−30〜70℃内に
おいて一20℃及び60℃近傍でのみ±1ppInを越
え、他の部分ではlppm以内とした周波数偏差の補償
温度特性(以下、第1補償温度特性)を1(#る「前第
10図曲線(ニ)」。
以下、第2温度?In償回路15により、第1?111
償扁度特性のうち規格から+側に外れた一20℃部分を
更に補償して±lppm以内にする場合を説明する。
先ず、第1補償温度特性に基づき、特定温度領域ΔT!
の上下限温度T□、T、及び特定電圧■、を設定する。
すなわち、第1補ff1度特性の一20℃近傍周辺では
1.8ppm@最大として順次小さくなる凸状間jネと
する。これにより、−20℃近傍での超過分が0.Fl
ppmであることから、周波数個差を±lppm以内と
するために周波数の補正量を一1ppmとする。そして
、補正量−1ppmに相当する可変容量ダイオード16
への特定電圧V、を設定する(前第2図A参照)。なお
、特定電圧V、は一定に設定しても、実際にはTr。
Tryの動作特性上、上下限温度T8、T、8部では徐
々にその電圧レベルを小さくする。次に、特定温度領域
ΔT、は一20℃近傍を略中心とし、その上限温度T8
を例えば周波数側差0である一5℃、下限温度Tlを同
一30℃とする。
とのような設定から、特定湿度領域ΔT2内では、特定
電圧v8が第2可変容量ダイオード19に印加される。
そして、第2可変容景ダイオードのC1からC,に上昇
する変化分ΔC1[第2図Hの曲線(へ)」は、対Wi
t!1li12と13との弾性的結合により、発振回路
4の発振周波数をΔ11の変化量をもってflからf、
に低下させる「第2図Cの曲151(+−)J。すなわ
ち、−20℃近傍では周波数幅差を一1ppm変化させ
、1.8ppmから0.8ppmにする。そして、−2
0℃近めでの変化率を最大(−1ppm)とし、その周
辺では実際上の印加電圧に応じて徐々に小さくする。
その結果、特定温度領域ΔT、内では一20℃近傍を中
心として緩やかな1ppffI以内の略凸状曲線となる
「@第10図の三角印で結ぶ曲線(チ)のうちり部分」
なお、特定湿度領域ΔT、外では、第2可変容屋ダイオ
ード19に通常電圧v8が印加されるので、第1補償温
度特性に変化を来す。したがって、コンデンサ20をF
I塾して例えばmi?225℃における発振周波数を第
1湿度補償部11のみ付加しtこときと同一の発振周波
数に戻す必要がある。
以上から、この湿度補償発振蕎では、第1補償温度特性
のうちtJl格から+側に外れた一20℃部分を、第2
湿度補償部11により更に選択的に補償1.てlppm
以内にする。したがって、規格を例えば湿度範囲一30
〜50℃内にて周波数偏差+i p p m以内とした
場合には、同規堵を満足する。そして、従来のように第
181度補償回路14を再製作17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。また、第
1と第2の温度補償回路14と15とは異なる電極対1
2.13に接続して弾性的に結合するのみで、電気的に
は遮断されるので相互間の電気的影響を軽減して独立的
な補償特性を得ることができる。したがって、設計17
やすい利点を持つ。
(他の実施例) 第4図は本発明の他の実施例図を示す温度?ln*ln
型のブロック図である。なお、前実施例と同一部分には
同番号を付与してその説明は省略する。
乙の実施例は、前実施例がM1?l11償渇度特性の1
−側に越えた部分の周波数偏差を第2温度補償回路15
により補償したのに対し、−側に越えた部分を第2温度
補償回i15に換えた第3温度補償回路21により補償
する場合を説明するものである。
本実施例では、水晶振動子10(水晶片11)の一方の
電極対12に前述n様の光M回路部4と第1温度補償回
路16を接続する。そして、規格内の温度範囲ΔT、に
わたって発振回路1の温度特性を補償(7、第1補償湿
度特性を1する「前第10図の曲線(ニ)参照」。
第3温度補償回路21は他方の電極対13に接続し、第
3Ti圧発生回路22とその出力端Cに接続17た可変
容星ダイオード23とからなる。第3電圧発生回路22
は一端を第1TI圧発生回路16と共用する電giv、
、側、他端をアース電位とする。
そして、出力端Cに規格内温度に応答しtこ第3補償電
圧V、を得るように形成される。この場合、第3前ff
′tri圧v、3は、第5図への温度電圧特性図「曲線
(す)」に示したように特定温度領域ΔT、外では一定
値の通常電圧V、とする。特定温度領域ΔT、内では通
常電圧より高いレベルの特定電圧v4とする。
第6図は第3Ti圧発生回路22の具体的な一例である
。この?l(l償回路例は、電源Va。(+)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゛r
r3.Tr4をパラレルに設ける。トランジスタTr3
(Tr4)のコレクタ側には負荷抵抗R@を、Tr3の
コレクタとエミッタ (アース電位)間には抵抗R7と
R1とを縦続して設ける。そして、抵抗R1とR,との
接続点を補償電圧V、の出力端Cとする。また、トラン
ジスタT r 、のバイアス分割11(杭用としてサー
ミスタRT 2とfit抗R0を、T r 4の同抵抗
用として抵抗R1,とサーミスタR1゛4とをそれぞれ
ベース側に設ける。このような電圧発生回路22では、
トランジスタTr3は低温でOFF、高温でONとし、
Tr4は低温でON、高温でOFFとする。したがって
、特定温度m域ΔT3の下限潤度T3はサーミスタRT
、と抵抗aSSとの比によって、下限温度T4はサーミ
スタRT、と抵抗R・との比によって決定される。また
、特定温度領域ΔT、の°周波数補正量で求められる特
定電圧v4は抵抗R,とR,の比によって決定される。
この場合には、特定温度領域Δ′r、の上下@温度T1
、T4及び特定電圧v4を決定すれば、抵抗R,、Rゆ
、R1゜は必然的に決定される。
以下、第3温度補償回路21により、第1補償温度特性
のうち規格から一側に外れた60℃部分を更に補償して
±lppm以内にする場合を説明する。
先ず、第1渇度補償特性r前第10図の曲線(ニ)」に
基づき、特定温度領域Δ′r、の上下限温度゛r1、T
4及び特定電圧■4を設定する。すなわち、GO℃近傍
周辺では−1,8ppmを最大として順次小さ(なる凹
状曲線とする。これにより、超過分が−0,8ppmで
あることから、60℃近傍での周波数偏差を±lppm
以内とするために補正量を1 p l) mとする。そ
して、補正量1pp+nに相当する第3可変容量ダイオ
ード23への特定電圧v4を設定する(前第5図A)。
次に、特定湿度領域を60℃近傍な略中心とし、その上
限湿度T4を例えば周波数偏差−0,5ppmである7
0℃、下限温度T、を同一50℃とする。
このような設定から、特定温度領域ΔT、内では、特定
電圧v4が第3可変容量ダイオード23に印加される。
そして、第3可変容量ダイオード23のC8からC4に
低下する変化分ΔC2「第5図Bの曲線(ス)」は、対
電極12と13との弾性的結合により発振回路1の発振
周波数「、をΔ「鵞の変化量をもってf4に上昇させる
「第5図Cの曲線(ル)」。すなわち、−60℃近傍で
は周波数偏差をippm変化させ、 1.8ppmから
−0,8ppmにする。そして、−60℃近傍での変化
率を最大(IIIPIll)としてその周辺では実際上
の印加電圧に応じて徐々に小さ(する。
その結果、特定温度領域ΔT、内では一60℃近傍を中
心として緩やかな1ppmm内の略凹状曲線となる「前
第10図の曲線(チ)の17!i分」。
なお、この場合においても、第3可変容量グイオード2
1に通常m rE v zが印加されて第1 ?I(l
償温度特性に変化を来すので、コンデンサ20を調整し
て第1温度補償部14のみ付加したときと同一の発振周
波数(例えば常温時)にする必要がある。
以上から、この実施例では、第1補償温度特性のうち規
格から一側に外れた60℃部分でも、第3温度補償回路
217こより更に選択的に補償して±1 p p m以
内にする。したがって、規格を例えば温度範囲一10〜
70℃内にて周波数偏差上lppm以内とした場合には
、同規格を満足する。
そして、従来のように第1温度補償回路11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。また、第1と第3の温度補償回rIlp11
4と21とは弾性的に結合するのみで、相互干渉を軽減
して独立的に第1補償湿度特性に作用するので、設計し
易い利点をもつ。
(他の事項) なお、上記実施例ては第1温度補償回路14と第2澗度
補償回路15又は第3補償回路2Lを使用してf51補
(ft 2m度特性の周波数偏差が+側又は−側に外れ
た部分を補償する場合を説明したが、第3の実施例とし
て第7図に示したように構成し、第1温度補償特性の十
及び−側に外れた部分をともに?+!l償して例えば温
度範囲一30〜70℃にて周波数偏差±1pp+r+以
内とする規格を満足するようにしてもよい。すなわち、
水晶片11に3組の電極対12.13.24を設け、電
極対12には発振回路1と第1温度補償回路14を、電
極対13には第2温度補償回路15を、電極対24には
第3温度補償回路21を接続すればよい。 また、本発
明は第1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基本的に行え得ることは勿論で、
規格を越える部分が3箇所以上の場合には、水晶振動子
をその数に応じた多電極構造として第1、第2、・・・
、第nの温度補償回路を付加してその部分の補償をすれ
ばよい。この点、特許請求の範囲では第2温度補償部と
しかIUJ記していないが、第3、第4、・・・、第n
温度補償部を付加したものも本発明の技術範囲に含まれ
ることは明らかである。また、特定温度領域例えばΔT
3の上下限温度T8、ΔT、は周波数偏差Oppmtと
なる、−30℃及び5℃としたが「第10図の曲線(ニ
)参照」、これに限らず例えば実際に1 p p rn
を越える部分を特定温度領域とし、この部分を補償して
±1ppnn以内とする特定電圧を設定してもよい。ま
た、第1及び第2実施例においても、通常電圧は所定レ
ベルの電圧値としたが、例えばこれを0レベルとして第
1補償温度特性への影響を防止するようにしたとしても
よい。
また、上記従来例では水晶振動子の多電極構造の1漸配
置については格別言及しなかったが、発振回路と接続す
るTi極対はその振動特性」二から水晶片の中央に形成
されることが望よしい。
また、本発明の多電極構造とした温度補償発振器の基本
は、本出願人が特顆昭63−15142号、同63−2
5093号にて開示するもので、必要(ζ応1シで参照
されたい。
また、第1温度補償回vIS14は第1電圧光生回路1
6と可変容量ダイオード17から形成したが、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
07直接補償法により構成して第1補償湿度特性を#り
なものでも本発明は適用する。
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2
5℃近防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l/ 、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。
(発明の効果) 本発明は、第1温度補償回路により発振回路の温度特性
を吏用温度範囲にわたって?In償し、第1温度補償回
路により補償された補償温度特性のうち規格外となる部
分の特定温度領域を第2温度補償回路より更に?l(I
償したので、第1温度補償回路を従来のように交換する
ことな(補償温度特性を規格内に満足して生産性を向−
ヒする温度補償発振器を提供でき、産業上の価値は極め
゛て高い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例を説明する温度補償光振器
のブロック図である。第2図は第1実施例における特性
図で、同図へは温度電圧特性図、同図R1,を湿度容量
特性図、同図Cは温度周波数特性図である。第3図は第
1実施例における電圧発生回路図である。 第4図は本発明の第2実施例を説明する温度補償光振器
のブロック図である。第5図は第2実廁例における特性
図で、同図Aは温度電圧特性図、同図Bは湿度容量特性
図、同図Cは温度周波数特性図である。第6図は第2y
SMJi例における電圧発生回路図である。 第7図は本発明の第3実施例を説明する温度補償発振器
のブロック図である。 第8図は従来例を説明する温度補償発振器のブロック図
である。第9図は温度?l!]償発振器の温度特性図で
ある。 第10図は第9図の温度特性を拡大しR2図で、曲線(
ニ)は従来例、曲線(チ)上記実施例によるものである
。 1113発振回路、2.14.15.21・・・温度補
償回路、3.10・・・水晶振動子、4・・・発振回路
部、5、Trl、T r @−発振用トランジスタ、6
.16.18.22・・・電圧発生回路、7.17.1
9.23・・・可変容量ダイオード、8、rt’r、−
RT4・・・サーミスタ、9、R1−R,。・・・抵抗
、11・・・水晶片1.12.13.24・・・電極対
、20・・・コンデンサ。 第1I!! 第3閃 雲6= (+) (+) 第21!IA 第7図 第!5CIA 36一

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 水晶片に複数の電極対を形成して多電極構造の水晶振動
    子とし、前記電極対の一つに規格内温度領域の周波数温
    度特性を補償する第1温度補償回路の接続した発振回路
    部を設け、他の電極対に前記主温度補償回路による補償
    周波数温度特性のうち特定温度領域を更に補償する第2
    温度補償回路を設けて構成したことを特徴とする温度補
    償水晶発振器。
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EP89113579A EP0352695B1 (en) 1988-07-25 1989-07-24 Quartz crystal oscillator with temperature-compensated frequency characteristics
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