專利名稱：晶體振蕩器和信號振蕩方法
技術領域：
本發明涉及晶體振蕩器，具體地說，涉及防止由于溫度變化而突然改變振蕩頻率引起的非正常振蕩的晶體振蕩器。
圖1和圖2示例了一般晶體振蕩器。圖1示出晶體振蕩器的電路圖，圖2是晶體振蕩器結構的剖面圖。
晶體振蕩器主要由晶體振動器1和振蕩電路單元2構成，并形成如Colpitts型振蕩電路。晶體振動器1的結構是形成一個電極(未示出)，例如，在AT切片石英晶體單元中，固定石英晶體單元，并將其密封在金屬盒子5中，從盒子中引出導線。
振蕩電路單元2由與晶體振動器1(電感元件)一起形成諧振電路的電容器和用于振蕩的放大器等構成。通常，放大振蕩電路2的振蕩輸出的振蕩放大級6連接到振蕩電路單元2。晶體振動器1和形成晶體振蕩器的另一單元7被設置在具有導線8的電路板9上，并由未示出的蓋子密封。
按照這種晶體振蕩器，由于晶體振動器1的頻率-溫度特性，輸出信號的振蕩頻率主要隨溫度變化。
如果晶體振動器1的石英晶體單元是AT切片，振蕩頻率的頻率-溫度特性變為三次曲線，其拐點靠近正常溫度(25℃)。一般來說，如圖3所示，選擇的晶體振動器的頻率-溫度特性在等于或低于正常溫度的低溫區域內具有最大值，在高于正常溫度的高溫區域具有最小值。就是說，選擇的晶體振動器(AT切片的切割角度)具有這樣的頻率-溫度特性，使得由于溫度變化引起的振蕩頻率變化在具有正常溫度作為中心的寬溫度范圍內的最大和最小值之間的單調變化范圍內被抑制。注意，最大和最小值的溫度點取決于AT切片的切割角度。
然而，具有上述結構的晶體振蕩器存在的問題是在0℃或低于0℃的低溫區域會引起非正常振蕩。在此所說的非正常振蕩不是按照頻率-溫度特性適當地變化振蕩頻率的現象，而是振蕩頻率非連續地變化，通常稱這種變化為振蕩頻率的跳變(微-跳躍)。
圖4示出在晶體振動器的頻率-溫度特性中的跳躍(微-跳躍)。
例如，如圖4所示，由于某些原因或者由于有多個條件符合時，頻率-溫度特性在等于或小于0℃的某些溫度點上具有非常小的諧振點。這個諧振點被稱為微跳躍，并在制造過程中測量頻率-溫度特性時不能被發現。由于此原因，存在的問題是在0℃或低于0℃的環境下不能避免低溫區域內的非正常振蕩。然而，注意，微跳躍不是在所有晶體振蕩器中發生的。
上述例子僅僅涉及到晶體振蕩器。然而，通過把電壓可變電容元件插入晶體振蕩器的振蕩閉合回路，類似地，非正常振蕩出現在具有施加了補償電壓結構的晶體振蕩器中(未示出)，或者在振蕩閉合回路中插入由熱敏電阻和電容的并聯電路構成的溫度補償電路，在稱為溫度補償型的晶體振蕩器中補償和平坦頻率-溫度特性。
就是說，即使在這些晶體振蕩器中，晶體振動器1本身依賴于環境溫度，并顯示了在低溫區域中具有諧振點的頻率-溫度特性。因此，盡管進行了溫度補償，也不能避免頻率的突然變化和出現非正常振蕩。作為引起微跳躍的因素，存在各種各樣的理論，例如，這種壓縮現象出現在等于0℃或低于0℃溫度時的密封盒子內的石英晶體單元的表面上等。但目前還沒有闡述它的細節。
本發明的晶體振蕩器包括振蕩單元和熱源單元。
振蕩單元由具有頻率-溫度特性的晶體振動器和振蕩電路單元構成，頻率-溫度特性按照溫度改變諧振頻率。
緊靠晶體振動器的熱源單元保持晶體振動器的溫度高于引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度。
具有另一種結構的本發明的晶體振蕩器包括具有晶體振動器的振蕩單元和保持晶體振動器的溫度高于引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度的熱源單元。
例如，由出現在晶體振動器中的微跳躍引起非正常振蕩。
例如，晶體振動器被保持在高于0℃的溫度上。
例如，熱源單元由放大振蕩輸出的功率晶體管形成。
按照本發明，由熱源單元使晶體振動器保持在比特定溫度高的溫度下，以致非正常振蕩不出現在低溫區域。
按照本發明，注意力集中在這樣一點上，即如果晶體振動器被保持在高于溫度點(0℃或低于0℃)的溫度，就不會出現上述微跳躍的問題，在等于或低于正常溫度的低溫區域出現非正常振蕩，晶體振動器緊靠如功率晶體管的熱源，像日本專利公開No 1-195706等公開的恒溫加熱爐的晶體振蕩器中使用的恒溫加熱爐一樣。
結果，晶體振蕩器被保持在高于引起非正常振蕩溫度的溫度上(低溫區域的溫度點等于或低于正常溫度，例如，0℃或低于0℃的溫度點)。因此，即使環境溫度變為引起非正常振蕩的低溫區域的溫度，晶體振蕩器也不變為引起非正常振蕩的溫度。
下面描述本發明一個優選實施例的晶體振蕩器。
類似于圖1方框圖所示的晶體振蕩器，這個優選實施例的晶體振蕩器包括晶體振動器1，AT切片石英晶體單元被密封在具有引線4的金屬盒子5內、具有電容器的振蕩電路單元2、用于振蕩的放大器、振蕩放大級6。晶體振動器1和配置晶體振蕩器的另一單元7排列在電路板9上。
如果電壓加到振蕩電路3，晶體振動器1被激勵，由晶體振動器1的石英晶體單元的形狀確定的特定頻率的輸出信號從振蕩電路3輸出，并由振蕩放大級6放大和輸出該信號。
圖5示出這個優選實施例晶體振蕩器的剖面圖。在這個圖中，與圖2剖面圖表示的晶體振蕩器的相同構成單元由相同參考標號表示，在下面的解釋中，關于這些單元的詳細解釋已被忽略。
在圖5所示的晶體振蕩器中，與振蕩電路無關的具有引出線10功率晶體管11被布置在電路板9上。此外，晶體振蕩器1緊靠功率晶體管11放置。在此，晶體振動器1的主表面(金屬盒子5)面對并緊靠功率晶體管11，引線4被彎曲，以便連接到電路板9的布線圖(未示出)。
按照這種結構，由于功率晶體管產生的熱，使晶體振動器1至少被保持在高于0℃的溫度上。此外，即使環境溫度變到如0℃或低于0℃的低溫區域的溫度，晶體振動器也被保持在高于0℃的溫度上。因此，晶體振蕩器可以共給穩定振蕩頻率而沒有在0℃或低于0℃的溫度點上引起非正常振蕩。
在圖5中，晶體振動器的結構是將石英晶體元件密封在具有引線4的金屬盒子5中，它被采用為晶體振動器1。然而，本發明也適用于如表面安裝的晶體振動器，其中，石英晶體單元被密封在它的后端上具有安裝電極的陶瓷盒子中。
圖6是這種情況下的晶體振蕩器的剖面圖。
在這個圖中，用于表面安裝的晶體振動器12被安裝在電路板9上，功率晶體管11被放置在晶體振動器12上，以便熱被傳導到晶體振動器12上。
可以只對作熱源用的或者為其它目的用的晶體管，如放大振蕩輸出的功率晶體管、電源功率晶體管或也可用于調制器的晶體管重新排列作為熱源的功率晶體管。或者，由失去晶體管發射極的收集極(源極)產生的熱可以用作為熱源。
此外，假設晶體振動器的溫度被保持在高于0℃。然而，如果在低溫區域內引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度是清楚的，那么，晶體振動器可以被保持在高于該溫度的溫度。
而且，上述優選實施例采用使晶體振動器溫暖的功率晶體管11作為熱源，然而，即使晶體振動器的溫度被保持在高于引起非正常振蕩的溫度點上，其它元件也可以作為熱源。例如，陶瓷加熱器，纏繞鎳鉻合金線的晶體振動器是可用的。
此外，在上述優選實施例中，晶體振動器僅僅放置在熱源上。然而，由這個熱源產生的熱量可以隨溫度變化。
圖7示例了熱量隨溫度變化的電路結構。在這個圖所示的結構例子中，加到熱源的電流由熱敏單元控制(例如，正溫度系數熱敏電阻或熱敏電阻)，以便熱量在低溫上增加。
在這個圖所示的結構中，成為熱源的功率晶體管15發射極接地，負載電阻14和偏壓電組13a和13b分別接在收集極和基極。在兩個基極偏壓電組13a和13b中的接地端的電阻13b被假設為熱敏電阻，其阻值隨溫度增加而降低。
采用這種結構，電阻13b的阻值隨溫度升高而降低。結果，功率晶體管15的偏壓降低，以至發射極和收集極之間的電流減少，由功率晶體管15產生的熱量變得較小。相反，偏壓隨溫度下降升高。因此，發射極和收集極之間的電流增加，由功率晶體管15產生的熱量變得較大。
這個優選實施例的結構不同于使用在恒溫加熱爐的現有晶體振蕩器。就是說，按照具有恒溫加熱爐的現有晶體振蕩器，晶體振動器必須保持在常溫，例如，溫度在高溫端變為最小值。因此，用于這種方式的控制電路變得非常嚴格(復雜)。然而，按照這個實施例的晶體振動器，它足夠在高于預定溫度上保持晶體振動器。因此，它的控制電路變得非常簡單。因此，現有的晶體振蕩器和本發明的晶體振蕩器是絕對不同的。
此外，上述說明只把晶體振蕩器作為例子。然而，本發明也適用于上述把電壓可變電容單元插入晶體振蕩器的振蕩閉合回路中施加補償電壓的結構的晶體振蕩器，以及適用于溫度補償振蕩器包括溫度補償電路并平坦頻率-溫度特性。可以設置溫度補償振蕩器，以至溫度補償電路的熱敏單元緊靠熱源配置，并通過熱敏單元和補償檢測晶體振動器的溫度。
權利要求
1.一種晶體振蕩器，包括振蕩單元，由具有頻率-溫度特性的晶體振動器和振蕩電路單元構成，頻率-溫度特性按照溫度改變諧振頻率；熱源單元，緊靠晶體振動器，并保持晶體振動器的溫度高于引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度。
2.按權利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于晶體振動器被保持在高于0℃的溫度。
3.按權利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元由放大振蕩輸出的功率晶體管構成。
4.按權利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元由形成電源的功率晶體管構成。
5.按權利要求1所述的晶體振蕩器，其特征在于非正常振蕩由出現在晶體振動器中的微跳躍引起。
6.一種晶體振蕩器，包括具有晶體振動器的振蕩單元；熱源單元，保持晶體振動器的溫度高于引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度。
7.按權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元在高于0℃的溫度上保持晶體振動器。
8.按權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元由功率晶體管構成。
9.按權利要求8所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元由放大振蕩輸出的功率晶體管構成。
10.按權利要求8所述的晶體振蕩器，其特征在于所述熱源單元由形成電源的功率晶體管構成。
11.按權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于非正常振蕩由出現在晶體振動器中的微跳躍引起。
12.按權利要求6所述的晶體振蕩器，其特征在于還包括控制單元根據晶體振動器的溫度控制所述熱源單元產生的熱。
13.一種防止具有晶體振動器的振蕩器的非正常振蕩的信號振蕩方法，包括保持晶體振動器的溫度高于引起非正常振蕩的晶體振動器的溫度；在溫度被保持的狀態下輸出信號。
全文摘要
本發明的晶體振蕩器防止在等于或低于正常溫度的低溫區域的非正常振蕩。將所述晶體振蕩器構造成使晶體振動器緊靠熱源,并使晶體振動器的溫度可以保持在高于出現非正常振蕩的溫度。例如,假設晶體振動器的溫度高于0℃。因此,使用放大振蕩輸出的功率晶體管作為熱源。
文檔編號H03B5/32GK1367582SQ02102540
公開日2002年9月4日 申請日期2002年1月25日 優先權日2001年1月26日
發明者追田武雄 申請人:日本電波工業株式會社