JP2000514638A - 発振器用電圧レギュレータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 発振器用電圧レギュレータは、電流の流れを低減し且つ実質的に一定電圧降下を与えるためバイアス・ネットワーク分割抵抗と直列接続の実質的に一定電圧デバイスと、該分割抵抗の第１及び第２の抵抗の間とタンク回路及び増幅器トランジスタのベースの間との間に接続されたインピーダンスとを含み、それによりタンク回路への負荷を低減し、安定性を改善し、位相雑音を低減し、且つ増幅器からの出力電力を増大する。シリコンＰＮ接合及びＮＰＮトランジスタの使用は、高温及び低温環境に対して温度補償を与え、発振器が実質的に一定供給電流で動作するのを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 発振器用電圧レギュレータ 技術分野 本発明は、発振器用電源を提供するため比較的小さいＤＣバッテリ電圧と使用 するのに特に適しており且つセルラー又は携帯無線、即ちページャーへの特定の 適用、即ちバッテリの引き出しが臨界的である適用を有する電圧レギュレータに 関する。 背景技術 これまでセルラー又は携帯無線用途のため設けられていた発振器用電圧レギュ レータは、３〜９ボルトのような大きなＤＣバッテリを用いていた。発振器は、 増幅器、典型的にはベース、エミッタ及びコレクタを有し且つ、エミッタと接地 との間に接続されたチョーク及び負荷抵抗を有するＮＰＮトランジスタに接続さ れたタンク回路を有していた。２つのバイアス・ネットワーク電圧分割抵抗が、 バイアス供給電圧端子と接地との間に接続されていた。電圧分割抵抗同士の間の 接続部とトランジスタのベースとの間が直接に接続されていて且つタンク回路に 直接に接続されていた。 上記した従来技術の電圧レギュレータにおいてはバイアス供給電圧を高い電圧 から１．５ボルトまで低減するとき２つの問題がある。１）大きなバイアス電流 はバイアス抵抗で電力浪費を生じ、そして２）当該電圧と関連の電流に起因して 、分割抵抗同士間の接続部での接地へのインピーダンスは非常に低く、従ってＲ Ｆ電圧を同調した回路から負荷し、即ち電力損失及び低下した位相雑音(phase n oise)を生じるＱを低下させる。 Ｋｉｓｅｒの米国特許Ｎｏ．４，６２１，２４２は、現在の電圧レギュレータ を適用することができるタイプの電子的発振器を開示し、この開示は本明細書に 援用されている。 Ｄａｒｒｏｗの米国特許Ｎｏ．４，００９，４５４は、ＤＣを発振器に供給す るための一定振幅信号発生器を与える回路を開示している。 Ｂａｔｏｒ他の米国特許Ｎｏ．５，００１，３７３は、過剰雑音の発生を阻止 するためツェナー・ダイオードを制御回路に使用することを開示している。 発明の開示 無調整の１〜１．５ボルトＤＣバッテリ又は電源により発振器を動作させるの に特に適している発振器に供給するための電圧レギュレータが開示されている。 本発明の電圧レギュレータ回路は、複数のバイアス・ネットワーク電圧分割抵抗 と直列接続したＰＮ接合シリコン・ダイオードの形式の実質的に一定電圧デバイ スを追加する。シリコン・ダイオードの両端間の電圧は、非常に低い電流で比較 的一定（０．４〜０．７ボルト）であり且つバイアス供給電圧とは全く無関係で あり、従って、供給電圧に対して電圧分割抵抗と共にベース・バイアス電圧を確 立するのを助けるため全く安定な基準として機能する。ダイオードの両端間の電 圧とトランジスタのベースの両端間の電圧との双方は温度に対して一致（双方の シリコンＰＮ接合）してシフトするので、実質的な補償を達成してコレクタ電流 を温度に対してより一定に維持する。インピーダンス、好ましくは抵抗が、電圧 分割抵抗同士間の接続部とトランジスタのベース及びタンク回路の間との間に接 続されている。このインピーダンスは、バイアス・ネットワーク・インピーダン スを上昇させ、同調回路への負荷を低減する。典型的に安定なバイアスを実施す るのは、熱的暴走及び電圧降下を考慮することによりこの位置での抵抗値を許容 する。しかしながら、真に低電力の発振器におけるバイアス電流は非常に小さい ので、発振器は通常の考慮により逆に悪影響を受けず、そしてこの追加したイン ピーダンスは、前述したように実質的な温度補償を達成させながら安定性を改善 し、位相雑音を低減し且つ出力電力を改善するよう非常に良く動作する。 図面の簡単な説明 本発明の詳細が添付図面と関連して説明され、該図面においては類似の要素は 類似の参照番号を付してある。 図面は、本発明の特徴を具現化している発振器電圧レギュレータの電気回路図 である。 詳細な説明 ここで図面を参照すると、信号増幅器Ａに接続されている同調共振タンク回路 Ｔ及び出力端子Ｏを含む発振器用の電圧レギュレータが示されている。電圧供給 電源１０は、カップリング変圧器Ｘの一次巻線Ｔ１を介して増幅器Ａのコレクタ に接続されている電圧供給端子Ｖ_Sを有する。図示の変圧器は、出力端子Ｏに接 続されている二次巻線Ｔ２を有する。 タンク回路Ｔは、直列又は並列の同調タンク回路であってよく、そして発振器 が固定の発振器又は電圧制御発振器であってよいので、ＤＣ電圧同調入力端子Ｖ_T を有するように示されている。 発振器は、回路Ｔと接地との間に互いに直列に接続されているキャパシタＣ３ 及びＣ４と、端子２と回路Ｔとの間に接続されているキャパシタＣ６と、エミッ タとキャパシタＣ３及びＣ４の間との間に接続されているキャパシタＣ５の形式 でのリアクタンスとを有する。これらのキャパシタの機能は、前述の私の米国特 許Ｎｏ．４，６２１，２４１に記載されている。簡単には、発振器の動作におい て、増幅器は、タンク回路における発振を持続するため損失に打ち勝つ。増幅器 は入力及び出力を有し、該増幅器は電力出力経路における信号を増幅し、その出 力からフィードバック信号を与え、該フィードバック信号はタンク回路の一部を 介して入力にフィードバックされる。キャパシタＣ５は、増幅器の入力２とフィ ードバック出力３との間のフィードバック信号の位相シフトを実質的にゼロ度に 維持する。別の適切な発振器は、インピーダンスＣ５を持たないでＣ５の代りに 直接接続されている標準のコルピッツ発振器である。 チョークＬがＤＣ安定化抵抗Ｒ４と直列接続されて示されており、この直列回 路はフィードバック位相シフト・インピーダンスと同様に機能する。このチョー クＬは、効率を増大するが、しかしコストを低減するため排除することができる 。 第１の直列回路は供給電圧端子Ｖ_Sと接地との間に接続されており、該第１の 直列回路は、第１のバイアス又は電圧分割抵抗Ｒ１、第２のバイアス又は電圧分 割抵抗Ｒ２及び実質的な一定電圧デバイスを含み、該実質的な一定電圧デバイス は、その両端間に実質的に一定な電圧を与えながら第１の直列回路に流れる電流 を低減する選択された抵抗値を有するシリコン・ダイオードＤ１の形式のもので ある。ダイオードＤ１に対して適したデバイスは、電流と無関係の実質的に一定 な端子電圧を有する通常の非線形コンピュータ・スイッチング・ダイオードであ る。バイパス・キャパシタＣＡは端子Ｖ_Sと接地との間に接続されて示されてお り、バイパス・キャパシタＣＢはダイオードＤ１に並列に接続されて示されてい る。これらのキャパシタは任意である。 インピーダンス、これは抵抗Ｒ３であるのが好ましいが、このインピーダンス は、第１の電圧分割抵抗と第２の電圧分割抵抗との間の参照番号１で示す接続部 と、タンク回路Ｔと増幅器Ａとの間の参照番号２で示す接続部との間に接続され 、接地と増幅器のベースとの間のＲＦインピーダンスを増大する。電流Ｉ１が、 第１の電圧分割抵抗Ｒ１を介して引き出され、そして分岐してＲ２及びＤ１を介 して流れる１２を与えて供給電圧Ｖ_Sと比較的無関係である一定電圧をＤ１の両 端間に与え、且つインピーダンスＲ３を介して流れるＩ３を与えてトランジスタ のベース・バイアス電流を与える。トランジスタの主即ちコレクタ電流１４は、 印加されたベース電流Ｉ２に応じて流れ、次の式により与えられる所望の増幅器 ／発振器作用を提供する。 Ｉ５＝Ｉ３＋Ｇ（Ｉ３）＝Ｉ３＋Ｉ４ 前述の抵抗Ｒ３及びトランジスタＤＣ電流利得Ｇを加えることにより、いわゆる Ａ級又はＡＢ級増幅器のトランジスタ動作条件を与えるよう、通常回路定数が計 算される。なお、典型的には５０ないし１５０のＧはＤＣトランジスタ利得であ る。前述のように抵抗Ｒ３を追加することにより、抵抗Ｒ２及びＲ１にＲＦ電流 が僅かしか流れず、そこで放散されるＲＦ電力も僅かしかなく、この電力は増幅 器Ａのトランジスタのベースに導かれる。本質的には、追加されたインピーダン スＲ３は、接続部２での接地に対するＲＦインピーダンスを上昇させ、ＲＦ電力 が抵抗Ｒ３、Ｒ２及びＲ１のバイアス・ネットワークにおいて失われないあるい は放散されないよう導く。タンク回路への負荷のこの低減は、安定性を改善し且 つ位相雑音を低減し、並びに増幅器のトランジスタからの電力出力を増大する。 シリコン・ダイオードＤ１はＰＮ接合であり、シリコン・トランジスタはＮＰ Ｎ接合である。トランジスタのベースの両端間の電圧とダイオードＤ１の両端間 の電圧は温度に対して一致してシフトし、高温及び低温環境に対する温度補償を 与え、発振器が実質的に一定なコレクタ電流Ｉ４で動作するのを可能にする。 本質的に、温度が変化するにつれ、Ｄ１の両端間及びトランジスタのベースの 両端間のＤＣ電圧は、摂氏１度当たりほぼ−１．６ミリボルトで変化する。所望 の一定コレクタ電流Ｉ４を維持するため、参照番号２でのトランジスタのベース に印加されるＤＣ電圧もまた、摂氏１度当たり−１．６ミリボルトの割合で変化 しなければならない。参照番号２でのＤＣ電圧は、Ｖ２＝ＶＤ１＋Ｉ２Ｒ２−Ｉ ３Ｒ３として導出され、ここでＶＤ１は摂氏１度当たり−１．６ミリボルトで温 度と共に変化する。Ｒ２が小さい値で、Ｉ３が非常に小さい値であると、Ｖ２≒ ＶＤ１であり、ダイオードの温度変化はトランジスタに対する実質的な調整／補 償の役を果たす。 前述の回路はまた、供給電圧の変化に対する調整を与える。Ｖ２≒ＶＤの関係 から、供給電圧がこの式において現れないのでＶ２はＶ_Sと比較的に無関係であ り、従ってベース・バイアス電圧は供給電圧とは非常に無関係となり、ＶＢが供 給電圧の変化に対して実質的に調整され、その結果実質的により一定の供給電流 を生じることが我々は分かった。 要約すると、本発明の回路は、ａ）低供給電圧（１〜１．５ボルトＤＣバッテ リ）による発振器へのバイアス電圧を与え、ｂ）高温及び低温環境に対する温度 補償を与え、ｃ）雑音及び電力性能を改善しながら上記双方のことを与え、且つ ｄ）電圧分割抵抗により必要とされるバイアス電流を低減する。 例示によりしかし限定ではなく、上記回路に適すると分かった回路要素の値は 次のとおりである。 Ｖ_S １〜１．５Ｖ ＤＣ ＶＤ１ ０．７Ｖ ＤＣ Ｒ１ ２．２Ｋオーム Ｒ２ ２．７Ｋオーム Ｒ３ １．５Ｋオーム 本発明は、ハートレー発振器を含むがこれに限定されることなく他の発振器に も適用可能であることを理解すべきである。 本発明がある程度特定して記述したが、本発明の開示は例示であり、構造の詳 細な変更が本発明の精神から離れることなくすることができることを理解すべき である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＵ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ， ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，Ｌ Ｃ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 出力端子を有する信号増幅器に接続された同調タンク回路を含む発振器用 電圧レギュレータにおいて、 前記増幅器に接続された供給電圧端子と、 前記供給電圧端子と接地との間に接続され、且つ第１の電圧分割抵抗、第２の 電圧分割抵抗及び比較的一定電圧デバイスを含む第１の直列回路とを備え、 前記比較的一定電圧デバイスは、前記第１の直列回路の電流の流れを低減し且 つ実質的に一定の電圧を前記比較的一定電圧デバイスの両端間に与えるための選 択された抵抗値を有し、 前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間の接続部と前記タンク回路と前記増幅 器との間の接続部との間に接続されたインピーダンスであって前記電圧端子と前 記増幅器との間の当該インピーダンスを増大し且つ前記タンク回路への負荷を低 減して安定性を改善し、位相雑音を低減し、前記増幅器からの出力電力を改善す る前記インピーダンスを備え、 それによりバイアス電流が前記第１の抵抗及び前記インピーダンスを介して引 き出され、前記端子から前記増幅器への主電流により前記デバイスの両端間の比 較的一定の基準電圧が前記増幅器に印加されるバイアス電圧に与えるようにさせ 、前記増幅器は前記発振器が温度変化に対して実質的に一定電流で動作し且つ供 給電圧の範囲に対して前記増幅器に実質的一定供給電流を与えるのを可能にする 電圧レギュレータ。 ２． 無調整の約１〜１．５ボルトＤＣバッテリが前記端子に接続されている請 求項１記載の電圧レギュレータ。 ３． 前記デバイスの両端間の前記電圧降下は約０．７ボルトＤＣである請求項 ２記載の電圧レギュレータ。 ４． 前記第１の抵抗の値は約２．２Ｋオームであり、前記第２の抵抗の値は約 ２．７Ｋオームであり、前記インピーダンスの値は約１．５Ｋオームである請求 項２記載の電圧レギュレータ。 ５． 前記デバイスはシリコン・ダイオードである請求項１記載の電圧レギュレ ータ。 ６． 前記信号増幅器は、ベース、エミッタ及びコレクタを有するＮＰＮシリコ ン・トランジスタであり、前記デバイスは、シリコンＰＮ接合であり、前記トラ ンジスタ及びダイオードの双方は、一致して変化して高温及び低温環境に対する 温度補償を与える請求項１記載の電圧レギュレータ。 ７． ベース、エミッタ及びコレクタを有するＮＰＮシリコン・トランジスタで あって前記エミッタと接地との間に接続された安定器抵抗及びインダクタを有す るＮＰＮシリコン・トランジスタに接続された同調共振タンク回路を含み且つ出 力端子を有する発振器用電圧レギュレータにおいて、 前記コレクタに接続された供給電圧端子と、 前記電圧端子と接地との間に接続された第１の直列回路であって、第１の電圧 分割抵抗、第２の電圧分割抵抗及びシリコンＰＮ接合ダイオードを含み、前記第 １の直列回路の電流の流れを低減し且つ実質的に一定な電圧を前記ダイオードの 両端間に与える第１の直列回路と、 前記第１の抵抗と前記第２の抵抗との間の接続部と前記タンク回路と前記ベー スとの間の接続部との間に接続され、前記電圧端子と前記ベースとの間の抵抗値 を増大し且つ前記タンク回路への負荷を低減して安定性を改善し、位相雑音を低 減し、且つ前記出力端子での出力電力を改善する第３の抵抗とを備え、 それによりバイアス電流が前記第１の抵抗と前記第３の抵抗とを介して引き出 され、前記電圧端子から前記増幅器への主又はコレクタ電流が前記ダイオードの 両端間の小さい電圧を前記増幅器に印加されるバイアス電圧と共に使用可能にし 、前記増幅器は前記発振器が実質的に一定のコレクタ電流で動作するのを可能に して供給電圧の範囲にわたり温度変化に対して実質的に一定のコレクタ電流を与 える 電圧レギュレータ。 ８． 前記ダイオードの両端間の電圧と前記トランジスタのベースの両端間の電 圧とは前記コレクタの電流を実質的に一定レベルに維持するよう温度に対して一 致してシフトする請求項７記載の電圧レギュレータ。