JP2002171131A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、発振出力の周波数帯域で出力レベル
の周波数依存性が小さく、且つ、発振レベルが十分に大
きい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Ｑ２を含む負性抵抗回路部Ｙと、増幅用トラン
ジスタＱ１を含む増幅回路部Ｚ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タＱコレクタは、
発振出力の周波数にてインピーダンスが誘導性となるコ
ンデンサＣ７とインダクタンス素子Ｌ３とを介して接地
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、高周波無線装置の
局部発振回路などに適した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、移動体通信装置やその他の通信装
置の送信用発振器、受信部の局部発振器に電圧制御型発
振器が用いられていることが知られている。そして、現
在、電圧制御発振器の発振周波数は、広帯域化や高周波
数化が進んでいる。

【０００３】従来、電圧制御発振回路は図３に示すよう
構成となっている。

【０００４】図３において、Ｘは共振回路部であり、Ｙ
は負性抵抗回路部、Ｚは増幅回路部である。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。

【０００５】ここで、共振回路部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Ｃ２、Ｃ３とで構成されてい
る。

【０００６】負性抵抗回路部１２は発振用トランジスタ
Ｑ２、各種コンデンサＣ５〜Ｃ７、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ３
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Ｑ１、コンデンサＣ８〜Ｃ１１、抵抗Ｒ４、インダク
タンス素子Ｌ２とから構成されている。尚、共振回路部
Ｘには、制御電圧端子ＶＣを有しており、インダクタン
ス素子Ｌ１を介して、可変容量ダイオードＤＶに供給さ
れるようになっている。また、増幅回路部Ｚには、電源
電圧端子ＶＣＣを有しており、増幅用トランジスタＱ１
のコレクタを介して、発振用トランジスタＱ２に直流バ
イアス電流が供給される。また、増幅用トランジスタＱ
１のコレクタには、発振出力を導出する出力端子ＯＵＴ
を有している。

【０００８】このような電圧制御発振回路では、発振用
トランジスタＱ２のコレクタをコンデンサＣ７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Ｑ２のベ
ースに共振回路部を、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、増幅用トランジスタＱ１で増幅さ
れた発振出力は、コレクタの出力端子ＯＵＴより発振出
力される。

【００１０】上述の電圧制御発振回路において、負性抵
抗回路部Ｙの発振用トランジスタＱ２のコレクタを接地
コンデンサＣ７を介して接地していた。この場合、発振
周波数が広帯域・高周波化すると、コンデンサＣ７のイ
ンピーダンスの周波数依存性が大きくなってしまう。即
ち、図２の線ｂに示すように、発振周波数範囲Δｆのイ
ンピーダンスの変化が激しく、発振出力レベルが発振周
波数によって変動してしまう。図２の線ｂでは、発振周
波数領域間で、インピーダンスが大きく減少するように
なってしまい、その結果、発振出力のレベルの周波数依
存性が大きくなってしまうことを示している。

【００１１】そこで、高周波化、広帯域化に対応するた
め、負性抵抗回路部Ｙの発振用トランジスタＱ２のコレ
クタに接続する接地コンデンサＣ７として、発振周波数
よりも自己共振周波数が低くなるようなコンデンサを用
いることが考えられる。これにより、コンデンサであり
ながら、発振周波数範囲では、誘導性として動作する。
この場合、コンデンサＣ７のインピーダンス特性は、図
２の線ｄや線ｅのようになる。即ち、発振周波数範囲で
は、コンデンサＣ７のインピーダンスの変動が小さくな
り、周波数依存性が小さくなる。即ち、発振周波数領域
では発振出力レベルが平坦化する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述のよう
に、増幅用トランジスタＱ１のコレクタに自己共振周波
数が発振周波数の小さいコンデンサを用いると、発振周
波数領域で十分なインピーダンスが得られないため、結
果として、負性抵抗回路部Ｙから増幅回路部Ｚに出力さ
れる発振信号がコンデンサＣ７を対して接地電位に漏れ
てしまう。これにより、発振出力が必要以上に減衰さ
れ、その結果、増幅用トランジスタＱ１のコレクタクか
ら出力される発振出力のレベルが低下してしまう。

【００１３】これは、通常、自己共振周波数を越えたコ
ンデンサは、誘導性で動作するものの、そのインピーダ
ンスは、コンデンサの構造、例えば、対向電極、端子電
極などの物理的な形状に大きく起因し、自己共振周波数
が比較的低いコンデンサ（低周波側にあるコンデンサ
（容量が大きい））は、インピーダンスが小さくなる傾
向があるためである。

【００１４】本発明では、上述の問題点に鑑みて案出さ
れたものであり、発振出力の周波数帯域で出力レベルの
周波数依存性が小さく、且つ、発振レベルが十分に大き
い電圧制御発振回路を提供することになる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、共振素子また
はストリップ線路と、可変容量ダイオードと、コンデン
サとを含み制御電圧端子から供給される制御電圧を前記
可変容量ダイオードに印加して共振周波数を制御する共
振回路部と、前記共振回路部に接続し、該共振回路部の
共振周波数に基づいて発振信号を出カする発振用トラン
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する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タのコレクタは、発振出力の周波
数にてインピーダンスが誘導性となるコンデンサとイン
ダクタンス素子とを介して接地されていることを特徴と
する電圧制御発振回路である。

【００１６】

【作用】本発明の電圧制御発振回路においては、負性抵
抗回路部の発振用トランジスタのコレクタを接地するに
あたり、発振周波数よりも自己共振周波数が低いような
定数を有するコンデンサＣ７と、インダクタンス素子Ｌ
１を直列的に接続している。これにより、コンデンサＣ
７だけでは、十分に得られないインピーダンスを、イン
ダクタンス素子Ｌ１が有するインピーダンスで補ってい
る。即ち、誘導性に動作するコンデンサＣ７とインダク
タンス素子Ｌ３との直列接続になるため、この部分のイ
ンピーダンスが大きくなる。これにより、発振用トラン
ジスタＱ２から増幅用トランジスタＱ１に供給される発
振信号が接地に漏れることがない。結果として、増幅用
トランジスタＱ１のコレクタから出力される発振出力の
レベルを高い状態で維持できる。

【００１７】また、発振出力の発振周波数範囲では、誘
導性に動作するコンデンサＣ７のインピーダンスは、周
波数の依存性が小さくなり、また、インダクタンス素子
Ｌ３自身の周波数依存性が小さいため、結果として、こ
の部分でのインピーダンス特性においては周波数依存性
が小さくなる。この結果、発振出力レベルが発振周波数
領域において平坦化する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電圧制御発振回路
を図面に基づいて詳説する。図１は、本発明の電圧制御
発振回絡の回路図である。図１において、Ｘは共振回路
部であり、Ｙは負性抵抗回路部、Ｚは増幅回路部であ
る。

【００１９】図において、共振回路部Ｘは共振手段であ
るストリップ線路ＳＬと、可変容量ダイオードＤＶと、
コンデンサＣ１〜Ｃ３、結合コンデンサＣ４、インダク
タンス素子Ｌ１とからなり、制御電圧端子Ｖｃを有して
いる。

【００２０】負性抵抗回路部Ｙは、発振用トランジスタ
Ｑ２、各種コンデンサＣ５〜Ｃ７、各種抵抗Ｒ１〜Ｒ
３、インダクタンス素子Ｌ３とから構成されている。

【００２１】また、増幅回路部Ｚは増幅用トランジスタ
Ｑ１、各種コンデンサＣ８〜Ｃ１１、各種抵抗Ｒ４、イ
ンダクタンス素子Ｌ２とから構成されている。また、こ
の増幅回路部Ｚは、電源電圧供給端子Ｖｃｃを有し、ま
た、増幅用トランジスタＱ１のコククタには出力端子Ｏ
ＵＴを有している。

【００２２】このような電圧制御発振回路では、負性抵
抗回路部Ｙの発振用トランジスタＱ２のコレクタを高周
波的に接地すれば、べ一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Ｑ２のべ一スに
共振回路部Ｘを、接合コンデンサ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
条件を溝たす周波数にて発振する。そして、この発振信
号は増幅用トランジスタＱ１に供給され、ここで増幅さ
れて出力瑞子ＯＵＴより発振出力される。

【００２３】尚、共振回路部Ｘにおいて、制御端子Ｖｃ
には可変容量ダイオードＤＶの可変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
に印加される制御電圧を所定値に制御することにより、
ストリップ線路ＳＬ及びコンデンサＣ２、Ｃ３からなる
ＬＣ共振回路に、さらに可変容量ダイオードＤＶの容量
成分が付加されることになり、共振回路部Ｘの共振周波
数を所定値に制御できる。

【００２４】本発明では、上述の負性抵抗回路部Ｙの発
振用トランジスタＱ２のベースには共振回路部Ｘが接続
され、そのコレクタには、コンデンサＣ７とインダクタ
ンス素子Ｌ３とが直列接続されて接地されている。ま
た、エミッタはフィードバック回路を構成するコンデン
Ｃ５、高周波的に接地するコンデンサＣ６が接続されて
いる。

【００２５】発振用トランジスタＱ２のコレクタは、増
幅回路部Ｚと接続され、その出力を増幅用トランジスタ
Ｑ１のエミッタに供給している。このため、負性抵抗回
路部Ｙから増幅回路部Ｚに供給される発振信号は、負性
抵抗回路部Ｙの発振用トランジスタＱ２のコレクタ接地
される部分を通過するため、接地との間に高周波的に一
定以上のインピーダンスをもたせる必要がある。

【００２６】本発明では、発振用トランジスタＱ２のコ
レクタと接地電位との間に、コンデンサＣ７、インダク
タンス素子Ｌ３を直列的に接続されている。しかも、こ
のコンデンサＣ７を、発振周波数範囲にて誘導性で動作
させるため、電圧制御発振回路の発振出力の発振周波数
を自己共振周波数よりも大きくしている。このため、イ
ンピーダンス特性を発振周波数領域において周波数依存
性が少なく平坦化させることができる。

【００２７】しかも、コンデンサの自己共振周波数を低
下させた結果、インピーダンス特性が、発振周波数領域
で低くなってしまう（図３の線ｃ〜ｅ）が、本発明で
は、線ａのように、インダクタンス素子Ｌ３を直列接続
して、インピーダンスの低下を補っている。このため、
発振出力の発振周波数範囲のインピーダンス特性を大き
くすることができる。

【００２８】即ち、これにより、発振用トランジスタＱ
２のコレクタ接地部分のインピーダンス特性に周波数依
存性少ない、且つインピーダンス特性を大きくすること
ができ、負性抵抗回路部Ｙの発振用トランジスタＱ２か
ら増幅用トランジスタＱ１に供給される発振信号を接地
に漏らすことなく、有効に増幅回路部Ｚに供給でき、高
い発振出力のレベルを維持できることになる。

【００２９】本発明者は、発振出力の発振周波数領域を
３７２７ＭＨｚ付近の電圧制御発振回路を作成し、例え
ば、コンデンサＣ７の容量を１８ｐＦ，インダクタンス
素子Ｌ３のインダクタンス成分を１．０ｎＨに設定し
た。

【００３０】このような値に設けることにより、発振周
波数範囲でのインピーダンス特性が｜Ｚ｜＝３８．０Ω
とすることができ（Ｃ７＝１８ｐＦ，Ｌ３ショート時は
｜Ｚ｜＝１４．６Ω）、しかも、周波数依存性がなく、
Ｌ３ショート時に比べ＋６ｄＢという高いレベルの安定
した発振出力が得ることができる。

【００３１】尚、インダクタンス素子Ｌ３の代わりにス
トリップラインを使用しても構わない。

【００３２】また、上述の電圧制御発振回路において、
共振手段として、ストリップ線路で説明したが、その他
に、マイクロストリップ線路、インダクタンス素子を用
いることもでき、さらに、誘電体共振素子を用いること
もできる。さらに、負性抵抗回路部の構成や増幅回路部
の構成は、最も一般的な構成を図示しているが、例え
ば、発振出力の波形の純度を向上させたり、また、消費
電力を低下させるように、これらの回路部での構造を種
々変更しても構わない。

【００３３】

【発明の効果】本発明の電圧制御発振回路では、負性抵
抗回路部から増幅回路部へ発振信号を供給する発振用ト
ランジスタのコレクタにおいて、接地電位との間に、発
振周波数範囲にて誘導性となるコンデンサと、インダク
タンス素子とを直列接続している。このため、発振用ト
ランジスタのコレクタと接地電位との間のインピーダン
ス特性を容易に高くすることができる。しかも、容量性
で動作するコンデンサに比較して、インピーダンス特性
の周波数依存の偏差が小さくなる。

【００３４】従って、負性抵抗回路部の発振用トランジ
スタから増幅回路部の増幅用トランジスタとの間の発振
信号が必要以上に減衰されること無く、周波数依存性の
ない安定し、且つレベルの高い発振出力を得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振回路を説明する回路図で
ある。

【図２】発振用トランジスタの接地部のインピーダンス
を示す特性図である。

【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 Ｑ１ 増幅用トランジスタ Ｑ２ 発振用トランジスタ ＤＶ 可変容量ダイオード Ｃ７ コンデンサ Ｌ３ インダクタンス素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 共振素子またはストリップ線路と、可変
   容量ダイオードと、コンデンサとを含み制御電圧端子か
   ら供給される制御電圧を前記可変容量ダイオードに印加
   して共振周波数を制御する共振回路部と、 前記共振回路部に接続し、該共振回路部の共振周波数に
   基づいて発振信号を出カ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する
   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、 前記負性抵抗回路部の発振用トランジスタのコレクタ
   は、発振出力の周波数にてインピーダンスが誘導性とな
   るコンデンサとインダクタンス素子とを介して接地され
   ていることを特徴とする電圧制御発振回路。