JP2001244740A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、低消費電流化、小型化が維持で
き、同時に、高い発振レベルで、且つ低位相雑音が達成
できる電圧制御発振回路を提供する。 【解決手段】 本発明は、共振回路部Ｘと、発振用トラ
ンジスタＴｒ１を含む負性抵抗回路部Ｙと、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、前記発振用トランジスＴｒ１
のベースは結合コンデンサＣ４を介して前記共振回路部
に接続し、コレクタは前記増幅用トランジスタＴｒ２の
エミッタと接続するとともに、エミッタは、夫々コンデ
ンサＣ６、Ｃ５を介して前記ベース及びコレクタに接続
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、低消費電流を維持
しつつ、位相雑音を抑えた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】そして、この電圧制御発振回路から出力さ
れる発振出力が通話の安定性には不可欠である。

【０００４】電圧制御発振回路においては、発振純度、
即ち、低位相雑音による発振不良がないこと、低消費電
力であること、小型化が達成されることが重要となる。

【０００５】従来の電圧制御発振回路は、図３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
とから構成されている。

【０００６】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〜Ｃ４とから主に構成されている。

【０００７】ここで、共振回路は、ストリップラインＳ
Ｌと可変容量ダイオードＤＶ、コンデンサＣ２、Ｃ３と
で構成され、コンデンサＣ４は、結合コンデンサとして
動作する。

【０００８】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Ｃ５、Ｃ１２、Ｃ７、各種抵抗と
から構成されている。

【０００９】また、増幅回路部Ｚは増幅用トランジスタ
Ｔｒ２、各種Ｃ８〜Ｃ１１、抵抗、インダクタンス素子
Ｌ２とから構成されている。

【００１０】このような発振回路では、発振用トランジ
スタＴｒ１のコレクタを高周波的に接地すれば、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Ｃ４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。

【００１１】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
Ｃ１０を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００１２】尚、共振回路部Ｘにおいて、端子ＶＴは制
御電圧端子である。また、制御端子ＶＴ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Ｃ３からなる共振回路に、さらに、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ＶＴ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。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述の発振回路におい
て、発振純度を向上させて、低位相雑音を抑制するため
には、（１）共振回路部Ｘの共振回路のＱ値を向上させ
る。（２）バアイス端子ＶＣＣから供給する電圧レベル
を高くする。（３）発振用トランジスタＴｒ１のエミッ
タと接地電位との間に、抵抗成分にインダクタンス成分
を付加して、発振の安定化を図る。

【００１４】しかし、（１）の共振回路部ＸのＱ値を向
上させることは、発振回路の特性向上のために不可欠な
事項であり、常にその向上をめざさなくてはならない事
項である。

【００１５】また、（２）のバイアス電流を高くするこ
とは、発振回路全体の低消費電流化と逆行してしまい、
本質的な解決にはならない。

【００１６】さらに、（３）のインダクタンス成分の付
加は、インダクタ素子というチップ化が困難な部品を付
加することになり、発振回路の大型化となってしまう。

【００１７】本発明は、上述の課題に鑑みて案出された
ものであり、その目的は、低消費電流化を維持した状態
で、且つ小型で発振特性に低位相雑音が低減された電圧
制御発振回路を提供するものである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振手段と、
該共振手段に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、前記共振回路部に接続し、且つ該共振
回路部の共振周波数に基づいて発振条件を整え、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、且つ前記発振信号を
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、
前記発振用トランジスは、ベースが結合コンデンサを介
して前記共振回路部に、コレクタが前記増幅用トランジ
スタのエミッタに、エミッタがコンデンサを介してベー
ス及びコレクタの夫々に接続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】本発明では、高周波的にコレクタ接地されてな
る発振用トランジスタのエミッタを、コンデンサを介し
てコレクタ側に接続されている。

【００１９】これにより、発振用トランジスタには、共
振回路部から供給される信号、発振用トランジスタのエ
ミッタからコンデンサを介してベースに帰還される信
号、さらに、発振用トランジスタのエミッタからコンデ
ンサを介してコレクタに帰還される信号の合成によっ
て、発振条件が整えられ、増幅用トランジスタによって
増幅されて、発振出力が出力される。

【００２０】従って、増幅される発振用トランジスタか
らの発振信号のレベルが大きくなり、これによって、低
位相雑音を防止することができる。

【００２１】即ち、共振回路部の構成を代えることな
く、また、バイアス電流を大きくすることなく、さら
に、インダクタ成分を付加することなく、簡単に発振特
性を向上させることができ、しかも、低消費電流化、小
型化を維持できることになる。

【００２２】

【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。

【００２３】図１は電圧制御発振回路の概略回路図であ
る。

【００２４】電圧制御発振回路は、共振回路部Ｘと負性
抵抗回路部Ｙと増幅回路部Ｚとから主に構成されてい
る。尚、共振回路部Ｘの共振手段としてはストリップラ
インＳＬを用いた例を示している。

【００２５】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〜Ｃ４とから主に構成されて
いる。

【００２６】ここで、ストリップラインＳＬ、コンデン
サＣ２、Ｃ３及び可変容量ダイオードＣＶによって、所
定周波数で共振する共振回路を構成している。

【００２７】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Ｃ５〜Ｃ７、抵抗とから構成さ
れている。

【００２８】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Ｃ８
〜Ｃ１１、抵抗とから構成されている。

【００２９】上述の共振回路部Ｘは、可変容量ダイオー
ドＤＶの容量を制御する制御電圧が供給される制御電圧
端子ＶＴを有している。また、増幅回路部Ｚは、増幅用
トランジスタＴｒ２、発振用トランジスタＴｒ１のバイ
アス電圧を供給するＶｃｃ端子を、また、増幅回路部Ｚ
の増幅用トランジスタＴｒ２のコレクタから発振出力を
導出する出力端子ＯＵＴを有している。

【００３０】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Ｃ７を介して交流的に接地されている。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Ｘを、結合コンデ
ンサＣ４を介して接続し、他端を接地すれば、共振回路
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。

【００３１】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
Ｃ１０を介して出力端子ＯＵＴより発振出力される。

【００３２】本発明では、発振用トランジスタのエミッ
タはコレクタに対して電位が低く、且つ多くの電流が流
れている。そして、エミッタとコレクタとにコンデンサ
Ｃ６を介して接続することで、交流信号の帰還回路が構
成される。

【００３３】よって負性抵抗回路部Ｙの信号増幅率が、
従来同様、エミッタ−ベース間の帰還による交流信号
と、上述のエミッタ−コレクタ間の接続により帰還され
た交流信号とが合成されることにより、増加することに
なる。

【００３４】この負性抵抗回路部Ｙの信号増幅率の増加
により、発振の安定度は増加し、その結果、発振出力の
「発振の純度」が向上することになる。

【００３５】通常、発振回路では、バアイス電圧を加え
ることで、微小のノイズ信号が共振回路部Ｘを介して所
望の周波数の信号のみを反射し、発振段を通して信号が
増幅させ、そしてある一定の条件を満たした時に発振が
起こり信号は出力される。

【００３６】発振用トランジスタＴｒ１のベースとエミ
ッタに接続されているコンデンサＣ５は帰還の機能をし
ており、発振段の増幅された信号を共振回路部Ｘに返し
ている。また発振用トランジスタＴｒ１のエミッタが接
地に接続されているコンデンサＣ１２は、発振用トラン
ジスタＴｒ１のインピーダンスを調整するコンデンサで
あり、より安定な増幅を果たす機能を持っている。

【００３７】本発明では、エミッタに接続されているコ
ンデンサＣ６を発振用トランジスタＴｒ１のコレクタと
そのコレクタ接地の機能を果たしているコンデンサＣ７
との間に接続する。

【００３８】発振段においてエミッタはコレクタに対し
て電位が低く、また電流が多く流れているため、エミッ
タに流れた信号はコンデンサＣ６を介してコレクタに流
れ、その信号がまた発振用トランジスタＴｒ１を通して
増幅され、エミッタに流れるため、従来回路の負性抵抗
回路部Ｙに比べ信号増幅度が増す。

【００３９】図２に本発明の電圧制御発振回路と従来の
回路の信号増幅率を表した周波数特性図を示す。この特
性図は発振用トランジスタＴｒ１のベースよりコンデン
サＣ４ａを介して測定周波数帯の信号を入力し、回路か
ら帰ってきた信号との比を計算し、ポーラー図に表した
ものである。信号増幅率は、図２において原点Ｏとの距
離で表される。図２が示すように図中の内側が従来回路
で特性Ｂであり、外側が本発明の回路での特性Ａであ
る。即ち、本発明における電圧制御発振回路の発振用ト
ランジスタＴｒ１の信号増幅率が増加していることにわ
かる。

【００４０】またコンデンサＣ６はコレクタ接地のコン
デンサＣ７と直列に接続されているため、接地をしての
機能も果たしており、発振用トランジスタＴｒ１の安定
は充分確保されている。

【００４１】例えば、700MHz帯の電圧制御発振器に従来
の回路では、位相雑音特性においてが２５ｋＨｚ離調周
波数で‐111ｄＢｃ／Ｈｚであったものが、本発明の回
路では、‐2ｄＢｃ／Ｈｚ向上し、発振レベルにおいて
は‐３ｄＢｍであったものが＋2ｄＢｍに向上する。

【００４２】

【発明の効果】本発明では、発振用トランジスタのエミ
ッタからコレクタに信号の帰還かかるように接続されて
いるため、発振用トランジスタＴｒ１での増幅度が増加
される。これより、従来よりも、高い発振レベルの出力
が可能となる。

【００４３】また、発振用トランジスタで増幅度が増す
ことで、発振の安定度も増し、「発振純度」が上がり低位
相雑音の発振が可能となる。

【００４４】よって電圧制御発振器の高性能化が実現で
き、しかも、発振用トランジスタに印加する電圧（バイ
アス電圧）は変わらないので、低消費電流化が維持で
き、しかも、インダクタンス成分を付加することがない
ため、回路の大型化も避けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路の回路図である。

【図２】本発明と従来の負性抵抗回路の反射特性図であ
る。

【図３】従来の電圧制御発振回路の回路図である。

【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 Ｔｒ１・・発振用トランジスタ Ｔｒ2・・増幅用トランジスタ ＤＶ・・可変容量ダイオード Ｃ１〜C11・・コンデンサ ＳＬ・・ストリップライン Ｖｃｃ・・供給電圧端子 ＶＴ・・制御電圧端子 ＯＵＴ・・出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振手段と、該共振手段に並列接続され
   る可変容量ダイオードとを含む共振回路部と、 前記共振回路部に接続し、且つ該共振回路部の共振周波
   数に基づいて発振条件を整え、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、且つ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、 前記発振用トランジスは、ベースが結合コンデンサを介
   して前記共振回路部に、コレクタが前記増幅用トランジ
   スタのエミッタに、エミッタがコンデンサを介してベー
   ス及びコレクタの夫々に接続されていることを特徴とす
   る電圧制御発振回路。