概要
水晶振動子に関する論説問題です。
電子回路のクロック等、頻繁に使用する素子です。
しかし、その特徴について問う問題は初出題のため、かなり難しい問題です。
キーワード
水晶振動子、水晶発振回路
問題
水晶振動子と水晶発振回路に関する記述として、誤っているものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
(1) 水晶振動子は、水晶片を二つの電極で挟んだ素子である。
(2) 水晶振動子の電気的な等価回路には、直列共振周波数と並列共振周波数の差が非常に小さいという特徴がある。
(3) 水晶発振回路は、LC発振回路のコンデンサを水晶振動子に置き換えたものである。
(4) 水晶発振回路は、LC発振回路と比較して周波数変動が非常に小さい。
(5) 水晶発振回路を用いた周波数シンセサイザは、無線送信機の周波数源として利用されている。
答え
(３)
解説テキスト リンク
回答解説
(1) 水晶振動子は、水晶片を二つの電極で挟んだ素子である。
構造の概要
人工水晶を精密に切り出した薄い板（水晶片）を、二つの電極に導電性接着剤等で接続した構造をしています。
(2) 水晶振動子の電気的な等価回路には、直列共振周波数と並列共振周波数の差が非常に小さいという特徴がある。
左図は、水晶振動子の等価回路です。
直列共振周波数と並列共振周波数は、非常に近い周波数です。
並列容量の影響により、直列共振よりわずかに高いです。
(3) 水晶発振回路は、LC発振回路のコンデンサを水晶振動子に置き換えたものである。
水晶発振回路は、LC発振回路のコンデンサを水晶振動子に置き換えたものではありません。
LC共振回路の代わりに、共振素子である水晶に置き換えたものと言えます。
(4) 水晶発振回路は、LC発振回路と比較して周波数変動が非常に小さい。
水晶振動子は、高Q値の共振素子です。
Q値は共振の鋭さを表す指標です。図のようにQ値が高いと、次のようなことが言えます。
- 共振周波数付近での電圧・電流の大きさのピークが鋭くなります。
- 共振周波数から周波数が外れると、電圧・電流が急激に弱くなります。
水晶発振器は、LC発振回路よりもQ値が圧倒的に大きいです。
そのため、水晶発振器は、LC発振回路等と比較して周波数変動が非常に小さく、安定した周波数を得ることができます。
(5) 水晶発振回路を用いた周波数シンセサイザは、無線送信機の周波数源として利用されている。
無線送信機は、正確な周波数で送信しないと、正確な送受信ができないだけでなく、他の通信に干渉してしまいます。
そのため、次の３つの要素が求められます。
・高精度（送信周波数からのズレが少ない）
・安定（時間・温度変化で変わらない）
・可変（チャンネル変更）
この３つの要素のうち、水晶発振回路が高精度・安定の要素を担保します。
周波数シンセサイザが水晶発振回路の信号を元に、周波数を変化させられますので、可変の要素を担います。
以上より、（３）が答えです。
出典元
一般財団法人電気技術者試験センター （https://www.shiken.or.jp/index.html）
令和７年度下期 第三種電気主任技術者試験 理論科目問１３
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