株式会社村田製作所

【2021年版】セラミック発振子 メーカー2社一覧

セラミック発振子のメーカー2社を一覧でご紹介します。まずは使用用途や原理についてご説明します。


目次


セラミック発振子とは

セラミック発振子とは圧電セラミックスと呼ばれる多結晶体(PZTと呼ばれるチタン酸ジルコン酸鉛が主流)の機械的な共振を利用した電子部品です。発振子の共振周波数によって様々な場面で活用されています。

このような発振子の素材として従来は水晶がよく使われていました。これらの2つの発振子はいずれも調整が不要で、長期安定性においては水晶が優れていますが、価格が高価で形状も大きいというデメリットもありました。そのため安価で形状が小さいセラミック発振子が最近では使われています。

セラミック発振子の使用用途

人が身につけるスマートウォッチ、スマートリング、ヒアラブル機器などの製品は長い時間装着しても人への負担が軽くなるように小型・軽量化が求められています。この要求を満たすために小型かつ軽量なセラミック発振子が利用されています。

この発振子はPC関連機器、自動車電装品、テレビ、ビデオ、カメラ、電装機器、コピー機、リモコン、おもちゃなど非常に幅広い分野、製品でタイミング回路として利用されています。

セラミック発振子の原理

セラミック発振子の発振回路は3種類に分けられます。1つは正帰還型、2つ目は負性の抵抗素子を用いる形式、3つ目は位相の遅延・伝達時間を利用する形式です。セラミック発振子に限らず水晶振動子、LC回路では1つ目のタイプが採用されています。ここではセラミック発振子のメリットや特徴を簡潔に紹介します。

・発振周波数が相対的に安定
安定性は水晶振動子とLC、またはCR発振回路との中間程度であり、比較的高めです

・軽量かつ小型、かつ低価格
大きさは水晶振動子の二分の一以下です。また量産性を考えた設計が施されているため他に比べて低価格です。

・発振回路の無調整化
外部回路からの影響や電源の電圧変動等の影響に強いため、回路を調整する必要がなく、大変安定した発振回路を得ることが可能です。

なお、セラミック発振子のデメリットとしては水晶に比べて周波数精度が劣る点が挙げられます。そのため、厳密な精度が求められない回路での使用が望ましいです。

特徴

セラミック発振子は圧電セラミックスの機械的な共振を利用した発振素子です。産業用機器や民生用機器、玩具からバイク、自動車に至るまで、様々なデジタル回路(コンピューター含む)が内蔵されるようになり、個別の機器で内部の基準クロックが重要になってくるとともに、それぞれの機器間の同期を取ることにおいても、お互いのクロックの相互関係は重要になってきました。

一般的に発信回路は発信素子の種類により4つに分類でき、特徴は次の通りです。

  • LC発信回路…安価だが形状が大きく、調整が必要で安定性がよくない。周波数初期精度は±2%程度。
  • CR発信回路…安価で形状は小さい。調整が必要で、安定性は良くない。周波数初期精度は±2%程度。
  • 水晶発振回路…高価で形状は比較的大きい。調整は不要で、安定性に優れる。周波数初期精度は±0.001%程度。
  • セラミック発信回路…安価で形状は小さい。調整は不要で、安定だが水晶発振器には劣る。周波数初期精度は±0.5%程度。

このように、セラミック発信回路はコストを掛けずに比較的高精度で安定な基準信号を生成することができます。

一般的に1チップマイコンのような機器で要求される基準クロックの精度は数%であり、セラミック発振子は十分実用になります。無調整で発信回路が実現することは大きな利点であり、玩具、リモコンなど、非常に多くの機器で利用されています。

ここでは発振回路を、構成する発振素子別に簡単に説明しました。発振回路については次項「発振回路」で説明します。

発振回路

発振回路は、主に弛張発振回路と帰還発振回路があり、使用する素子の種類でも異なります。

  • 弛張発振回路
    弛張とは「弛(ゆる)めることと張ること」です。つまり、弛張発振回路とはコンデンサの重電・放電の電気特性を利用して発振させる発振回路で、例えばマルチバイブレータ、ブロッキング発振回路などです。
  • 帰還発振回路
    帰還発振回路は負帰還における発振条件を1として正弦波を発生させる回路です。 発振条件=A・β (A:増幅度 / β:帰還率) 増幅回路の出力信号を、周波数選択制を持ったフィルタ回路を通して入力に戻します。このフィルタの構成部品により、LC帰還発振回路、CR帰還発振回路があります。
  • 振動子による発振回路
    セラミック発振子、水晶発振子を用いて安定な発振を行う回路です。代表的な回路は「ピアースBC回路」と「コルピッツ回路」の2種類です。

ピアースBC回路は発振しやすいが、発振素子の両端共に信号線につながっておりインピーダンスが高く、発振素子の切り替えや周波数を可変するには不向きです。

一方のコルピッツ回路は発振素子の片側がGNDに接続されており、発振素子を切り替えたりトリマコンデンサ、バリキャップを挿入して周波数調整が可能となります。セラミック発振子や水晶発振子を用いたコルピッツ回路では、インバータICを用いる方法が一般的であり、簡単です。

参考文献
https://www.kansaidenshi.com/product/ceramic/
http://kousyuha-kiban.com/zais-3.html
https://www.kansaidenshi.com/product/ceramic/
https://ceramic.co.jp/about
https://sudoteck.way-nifty.com/blog/2011/12/post-23d1.html https://www.murata.com/-/media/webrenewal/support/library/catalog/products/timingdevice/ceralock/p60.ashx?la=ja-jp&cvid=20191011035806000000

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