JP2001244737A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、例えば２ＧＨｚ以上の高周波発振
させても、発振用トランジスタの動作条件が変動しにく
く、安定な発振出力特性が得られる電圧制御発振回路を
提供する。 【解決手段】 共振回路部Ｘと、前記共振回路部Ｘと接
続し、該共振回路部Ｘの共振周波数に基づいて発振条件
を整え、且つ発振信号を出力する発振用トランジスタＴ
ｒ１を含む負性抵抗回路部Ｙと、前記負性抵抗回路部Ｙ
に接続し、前記発振信号を増幅して所定の発振出力を行
なう増幅用トランジスタＴｒ２を含む増幅回路部Ｚとか
ら成る電圧制御発振回路である。そして、発振出力の可
変周波数範囲は、前記発振用トランジスタＴｒ１の交流
接地に用いられるコンデンサＣ９の自己共振周波数より
も高い値の領域に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発振用トランジス
タの動作を安定化させて、もって、安定な発振出力が可
能な電圧制御発振回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、移動体通信機器やその他の通信機
器には、送信用発振器や受信用局部発振器が多用されて
いる。このような発振器は、外部からの供給される制御
電圧により、発振周波数の範囲を直線的に可変できる電
圧制御発振回路で構成されている。

【０００３】近年、電圧制御発振回路の発振出力の周波
数可変領域(発振周波数)が高周波化の一途をたどってい
る。

【０００４】従来、電圧制御発振回路は、図２に示すよ
うに、共振回路部Ｘ、負性抵抗回路部Ｙ、増幅回路部Ｚ
から構成されていた。共振回路部Ｘは、共振手段である
ストリップラインＳＬと、可変容量ダイオードＤＶと、
各種コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４とから主に構成されて
いる。

【０００５】ここで、共振回路部Ｘの共振周波数を決定
するＬＣ共振回路は、ストリップラインＳＬと可変容量
ダイオードＤＶ、コンデンサＣ３、Ｃ４とで構成されて
いる。

【０００６】負性抵抗回路部Ｙは発振用トランジスタＴ
ｒ１、各種コンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ９、各種抵抗とか
ら構成されている。

【０００７】また、増幅回路部Ｚは増幅用トランジスタ
Ｔｒ２、各種Ｃ８、Ｃ１０、Ｃ１１、抵抗、インダクタ
ンス素子Ｌ２とから構成されている。

【０００８】このような発振回路では、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタをコンデンサＣ９を介して、交流
的に接地すれば、ベースから見たインピーダンスは負性
となり、そして、発振用トランジスタＴｒ１のベースに
共振回路部Ｘを、結合コンデンサＣ５を介して接続し、
他端を接地すれば、この回路は共振回路部Ｘの振幅特性
とトランジスタの負性利得が１以上で共振回路とトラン
ジスタの負性の位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）となる
条件を満たす周波数にて発振する。

【０００９】そして、この発振信号は増幅用トランジス
タＴｒ２に供給され、ここで増幅されて結合コンデンサ
Ｃ１１を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００１０】尚、共振回路部Ｘにおいて、端子Ｖｃは制
御電圧端子である。また、制御端子Ｖｃには、可変容量
ダイオードＤＶの容量成分を制御する制御電圧が供給さ
れる。即ち、可変容量ダイオードＤＶに印加される電圧
を所定値に制御することにより、ストリップラインＳＬ
及びコンデンサＣ４からなる共振回路に、さらに、Ｃ３
とシリーズにつながった可変容量ダイオードＤＶの容量
成分が並列的に接続されることになり、共振回路部Ｘの
共振周波数を所定値に制御する。制御端子Ｖｃによる可
変容量ダイオードＤＶによる制御により周波数調整とに
より、一定周波数帯域内で可変制御が可能となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発振周波数の
高周波化（例えば、２ＧＨｚ以上）すると、特に、発振
用トランジスタＴｒ１の動作条件が変動してしまい、そ
の結果、所望の周波数で安定した発振出力が困難となっ
てしまう。

【００１２】その原因を追求すると、発振用トランジス
タＴｒ１が交流的にコレクタ接地されているが、この接
地動作点が変動するしまうことが判明した。即ち、接地
用コンデンサＣ９が動作周波数の高周波化されることに
より、インピーダンスが大きく変動してしまうためであ
る。

【００１３】尚、電圧制御発振回路の発振用トランジス
タＴｒ１のコレクタ端子を接地するためコンデンサは、
可変周波数範囲において、インピーダンスが最小になる
容量値のものが選定されていた。即ち、可変周波数範囲
の発振周波数が、コンデンサの自己共振周波数に近い容
量性（インピーダンスが０に近い）で設計していた。こ
のようなコンデンサＣ９の容量としては、数ｐＦ程度の
比較的低い容量値のコンデンサであった。

【００１４】このような発振回路は、一層の高周波化が
要求され、もはや低容量値のコンデンサをコレクタ接地
用のコンデンサに用いていては、高周波領域(例えば２
ＧＨｚ以上)で、安定したインピーダンスを持続させる
ことは非常に困難となってしまう。

【００１５】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、目的は、例えば、２ＧＨｚ以上の高周波発
振させても、発振用トランジスタの動作条件が変動しに
くく、安定な発振出力特性が得られる電圧制御発振回路
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、共振手
段と、該共振手段と並列接続される可変容量ダイオード
とを含む共振回路部と、前記共振回路部と接続し、該共
振回路部の共振周波数に基づいて発振条件を整え、且つ
発振信号を出力する発振用トランジスタを含む負性抵抗
回路部と、前記負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号
を増幅して所定の発振出力を行なう増幅用トランジスタ
を含む増幅回路部とから成る電圧制御発振回路におい
て、前記発振出力の可変周波数範囲は、前記発振用トラ
ンジスの交流接地に用いられるコンデンサの自己共振周
波数よりも高い値の領域に設定されていることを特徴と
する電圧制御発振回路である。

【作用】本発明の電圧制御発振回路は、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタ接地用コンデンサを、動作周波数
（可変周波数範囲）の発振周波数より低い自己共振周波
数を有するコンデンサを利用している。

【００１７】コンデンサの自己共振周波数よりも高い動
作周波数においては、コンデンサは、容量性から誘導性
に振る舞って動作する。そして、コンデンサの誘導性に
おいては、その周波数でインピーダンスが飽和した状態
となり、高周波範囲において、インピーダンスの変動が
少なくなる。

【００１８】従って、発振用トランジスタのコレクタ接
地用のコンデンサを、動作周波数よりも低い自己共振周
波数で動作するように設定すれば、常に変動の少ないイ
ンピーダンス特性の状態で使用することができる。

【００１９】この結果、発振用トランジスタの動作条件
が安定して、発振出力が非常に安定することになる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御発振回路
を図面に基づいて説明する。

【００２１】図１は本発明の電圧制御発振回路の等価的
な回路図である。尚、実際の回路は、コンデンサの表記
上、図２と同一となり、共振回路部Ｘ、負性抵抗回路部
Ｙ、増幅回路部Ｚの各回路部の全体的な動作は、実質的
に図２に説明した通りである。

【００２２】共振回路Ｘは、共振手段であるストリップ
ラインＳＬ、可変容量ダイオードＤＶ、インダクタンス
素子Ｌ１、コンデンサＣ１、Ｃ３、Ｃ４とから主に構成
されている。

【００２３】また、負性抵抗回路部Ｙは発振用トランジ
スタＴｒ１、コンデンサＣ６、Ｃ７、Ｃ９、抵抗とから
構成されている。

【００２４】さらに、増幅回路部Ｚは増幅用トランジス
タＴｒ２と、インダクタンス素子Ｌ２、コンデンサＣ
８、ｃ１０、Ｃ１１、抵抗とから構成されている。

【００２５】このような発振回路では、負性抵抗回路部
Ｙの発振用トランジスタＴｒ１のコレクタは、コンデン
サＣ９を介して交流的に接地されている。このコンデン
サＣ９は、増幅用トランジスタＴｒ２のエミッタ入力の
コンデンサとしても兼ねている。

【００２６】このコンデンサＣ９は、動作周波数、即
ち、制御電圧Ｖｃによる可変周波数が、自己共振周波数
を越える値となるように選択されている。

【００２７】そして、発振用トランジスタＴｒ１のベー
スから見たインピーダンスは負性となり、このベースに
共振回路部Ｘを、結合コンデンサＣ５を介して接続し、
他端を接地すれば、共振回路部Ｘの振幅特性とトランジ
スタの負性利得が１以上で共振回路部Ｘと発振用トラン
ジスタＴｒ１の負性の位相角の和が２ｎπ（ｎは整数）
となる条件を満たす周波数にて発振する。

【００２８】そして、この発振信号は増幅用トランジス
タＴｒ２に供給され、ここで増幅されて結合コンデンサ
Ｃ１１を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００２９】本発明では、発振用トランジスタＴｒ１が
交流的に接地されているコレクタに接続されるコンデン
サＣ９の自己共振周波数と、この発振回路の動作周波数
（発振出力の可変周波数範囲）との関係を、発振回路の
動作周波数が、コンデンサＣ９の自己共振周波数よりも
高い値の領域に設定されている。

【００３０】即ち、コンデンサＣ９は、動作周波数にお
いては、その自己共振周波数を越えて誘導性として振る
舞うことになる。即ち、図１に示すように、発振用トラ
ンジスタＴｒ１のコレクタと接地との間には、記号上コ
イルＬＳが接続されているように示すことができる。

【００３１】本発明においては、発振用トランジスタＴ
ｒ１のコレクタに接続するコンデンサＣ９が、自己共振
周波数で、容量性から誘導性を動作変化するとともに、
誘導性領域においては非常に周波数によるインピーダン
スの変動が少ない。このため、発振用トランジスタＴｒ
１のコレクタには、非常に安定したインピーダンスが接
続されることになり、発振用トランジスタＴｒ１の安定
動作が達成できる。

【００３２】コンデンサの自己共振周波数（容量性と誘
導性との境界）は、コンデンサの容量、誘電体材料によ
って左右される。また、誘導性領域におけるインピーダ
ンスの安定性は、コンデンサの容量によって左右され
る。

【００３３】従って、本発明において、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタ接地用のコンデンサとしては、比
較的に高い容量値を示すコンデンサを用いることがのぞ
ましい。

【００３４】図３は、可変周波数範囲（動作周波数）と
コンデンサのインピーダンスを示している。線Ａは本発
明のコンデンサ（高い容量値のコンデンサ）を用いた場
合のインピーダンス特性を示し、線Ｂは、従来のよう
に、比較的低容量のコンデンサを用いた場合のインピー
ダンス特性を示す。図３のインピーダンス特性で、谷部
分は、もっともインピーダンスが低くなる点部分であ
り、この部分に自己共振周波数が存在している。

【００３５】この図３から、線Ａ、線Ｂについても自己
共振周波数を越えた誘導性においては、インピーダンス
が飽和に達して、インピーダンス特性が安定化領域とな
っていることが判る。

【００３６】そして、本発明では、動作周波数（制御電
圧により発振出力の可変周波数範囲（ｆ１〜ｆ２）が、
線Ｂで示すコンデンサＣ９の自己共振周波数よりも高い
周波数領域に設定して、インピーダンスが飽和に達成し
た安定領域で用いている。

【００３７】また、インピーダンスの安定性について
は、上述したように高い容量値のコンデンサが望まし
い。これは自己共振周波数を越える誘導性を振る舞った
時、インピーダンス特性の変化率の傾きが小さいものが
得られる。

【００３８】本発明者は、発振出力の可変周波数範囲の
中心的な周波数と、発振用トランジスタＴｒ１のコレク
タ接地のコンデンサＣ９の容量値との関係を調べた。

【００３９】例えば、動作周波数が２．３ＧＨｚの発振
周波数では、安定した発振用トランジスタＴｒ１の動作
を達成するためのコンデンサＣ９としては、自己共振周
波数が０．８〜１ＧＨｚであり、その容量は、３０〜６
０ｐＦであり、また、動作周波数が３．６ＧＨｚの発振
周波数では、安定した発振用トランジスタＴｒ１の動作
を達成するためのコンデンサＣ９としては、自己共振周
波数が０．８〜１ＧＨｚＧＨｚであり、その容量は、３
０〜６０ｐＦであり、動作周波数においてその特性が安
定した誘導性であれば、求められる発振の特性要求に応
じて要求されるインピーダンスの絶対値の大きさを選択
するために幅広くコンデンサの容量値を選択できる。

【００４０】要は、コンデンサＣ９としては、自己共振
周波数が動作周波数の２０％〜５０％程度の低さで、し
かも、その容量値は、少なくとも数１０ｐＦ以上のコン
デンサを用いることとなる。

【００４１】尚、本発明は負性抵抗回路部Ｙにおける発
振用トランジスタＴｒ１のコレクタ接地のコンデンサＣ
９の設定の条件を定めたものであり、電圧制御発振回路
を構成する他の回路部、共振回路部Ｘ、増幅回路部Ｚに
ついて種々の変更しても構わない。

【００４２】

【発明の効果】本発明では、電圧制御発振回路の負性抵
抗回路部を構成する発振用トランジスタのコレクタ接地
において、安定したインピーダンス特性が得られ、この
ため安定した発振出力が得られる。

【００４３】即ち、通信端末機の高周波化に対する安定
した電圧制御発振回路がは提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路の等価的な回路図で
ある。

【図２】典型的な電圧制御発振回路の回路図である。

【図３】周波数とコンデンサのヒンピーダンスとの関係
を示す特性図である。

【符号の説明】

Ｘ・・共振回路部 Ｙ・・負性抵抗回路部 Ｚ・・増幅回路部 ＳＬ・・ストリップライン Ｔｒ１・・発振用トランジスタ Ｔｒ２・・増幅用トランジスタ Ｃ９・・コレクタ接地用コンデンサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振手段と、該共振手段と並列接続され
   る可変容量ダイオードとを含む共振回路部と、 前記共振回路部と接続し、該共振回路部の共振周波数に
   基づいて発振条件を整え、且つ発振信号を出力する発振
   用トランジスタを含む負性抵抗回路部と、 前記負性抵抗回路部に接続し、前記発振信号を増幅して
   所定の発振出力を行なう増幅用トランジスタを含む増幅
   回路部とから成る電圧制御発振回路において、 前記発振出力の可変周波数範囲は、前記発振用トランジ
   スの交流接地に用いられるコンデンサの自己共振周波数
   よりも高い値の領域に設定されていることを特徴とする
   電圧制御発振回路。