JP2003198249A

JP2003198249A - 発振器

Info

Publication number: JP2003198249A
Application number: JP2001392590A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inagaki; 武稲垣; Yasuyuki Nakamura; 康行中村
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2003-07-11
Also published as: AU2002357512A1; WO2003056697A1

Abstract

(57)【要約】【課題】発振周波数の可変範囲の広い発振器を得る。【解決手段】発振器において、制御電圧に応じた容量
値を示す電圧制御容量素子と、電圧制御容量素子の両端
に接続された第一、第二の容量素子と、電圧制御容量素
子と第一、第二の容量素子との接続部分にそれぞれ接続
された第一、第二の抵抗素子と、を備えた第一、第二の
抵抗容量体と、出力端子と、抵抗容量体に並列に接続さ
れた２つのインダクタ素子と、一方の抵抗容量体の第一
の容量素子にコレクタが接続され、かつ、他方の抵抗容
量体の第二の容量素子にベースが接続され、かつ、互い
にエミッタが接続された一対のトランジスタと、インダ
クタ素子に接続された第一の電源端子と、エミッタに接
続された電流源と、電流源及び第一の抵抗素子に接続さ
れた第二の電源端子と、第二の抵抗素子に接続された第
一の制御端子と、ベースに第三の抵抗素子介して接続さ
れたバイアス電源端子とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は発振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、従来の発振器の構成例を示す回
路図である。図９に示される発振器は、ＮＰＮバイポー
ラトランジスタを用いて構成した発振器５００の例を示
す。発振器５００は、共振回路５１０と、正帰還回路５
２０とを備えている。共振回路５１０と、正帰還回路５
２０とは、出力端子４０及び１４０間で、並列に接続さ
れている。

【０００３】正帰還回路５２０は２つのトランジスタ２
０、１２０を備えている。これらのトランジスタ２０、
１２０は、差動トランジスタ対を構成している。２つの
トランジスタ２０及び１２０のエミッタは、互いに接続
されている。また、トランジスタ２０のベースは、容量
素子３０を介して、他方のトランジスタ１２０のコレク
タに接続され、同時に、抵抗素子３６を介してバイアス
入力端子４２に接続されている。一方、トランジスタ１
２０のベースは、容量素子１３０を介して、トランジス
タ２０のコレクタに接続され、同時に、抵抗素子１３６
を介して、バイアス入力端子１４２に接続されている。
また、これらのトランジスタ２０、１２０のエミッタ
は、共に、バイアス電流を供給する定電流源８に接続さ
れている。定電流源８は電源端子４に接続されている。

【０００４】上述したように、正帰還回路５２０は、差
動トランジスタ対２０、１２０、定電流源８、容量素子
３０、１３０、抵抗素子３６、１３６、及びバイアス入
力端子４２、１４２を含んで構成される。

【０００５】共振回路５１０は、バラクタダイオード１
２、１１２と、インダクタ素子１４、１１４とを備えて
いる。バラクタダイオード１２のアノード側は、容量素
子１６を介して、出力端子４０に接続され、同時に、抵
抗素子３２を介して電源端子４に接続されている。バラ
クタダイオード１１２のアノード側は、容量素子１１６
を介して出力端子１４０に接続され、同時に、抵抗素子
１３２を介して電源端子４に接続されている。また、バ
ラクタダイオード１２、１１２のカソード側は、共に、
抵抗素子１０を介して、制御端子６に接続されている。
また、インダクタ素子１４、１１４の一端は、共に、電
源端子２に接続されている。一方、インダクタ素子１
４、１１４の他端は、それぞれ、出力端子４０、１４０
に接続されている。電源端子２には、回路内の最高電
位、電源端子４には、回路内の最低電位が供給される。

【０００６】共振回路５１０は、このように接続された
バラクタダイオード１２、１１２と、インダクタ素子１
４、１１４、容量素子１６、１１６、バラクタダイオー
ドのアノード側の抵抗素子３２、１３２、カソード側の
抵抗素子１０、及び制御端子６を含んで構成されてい
る。

【０００７】正帰還回路５２０においては、バイアス入
力端子４２、１４２から、抵抗素子３６、１３６を介し
てトランジスタ２０、１２０にバイアス電圧が供給さ
れ、トランジスタ２０、１２０が、能動領域で作動する
ようになっている。この状態で、正帰還回路５２０は、
共振回路５１０を負荷として、電源投入の直後の過渡時
には発振を起動し、十分時間のたった安定時には発振を
維持するように機能する。

【０００８】共振回路５１０において、２つのバラクタ
ダイオード１２及び１１２のカソード側に、共に、抵抗
素子１０を介して制御端子６の電位が供給されている。
また、それらのアノード側には、抵抗素子３２、１３２
を介して電源端子４の電位が供給されている。このため
バラクタダイオード１２及び１１２には、制御端子６の
電位に応じた制御電圧を加えることができ、これによっ
て、バラクタダイオード１２及び１１２の容量値を変化
させることができる。

【０００９】ところで、このような発振器５００の発振
周波数は、回路全体のインダクタンスＬ、容量値Ｃによ
って決まる。発振器５００において、インダクタンスＬ
は、２つのインダクタ素子１４及び１１４によって決ま
る固定値である。一方、発振器５００全体の容量値Ｃ
は、バラクタダイオード１２、１１２の容量値に応じて
変化する。

【００１０】従って、発振器５００の発振周波数の可変
範囲は、バラクタダイオード１２、１１２の容量可変範
囲で決定される。また、このように容量値を変化させる
ことにより、共振回路５１０のＬＣ共振周波数は変化
し、これによって、発振器５００の発振周波数を制御す
ることができるようになっている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発振器５００
の発振周波数が、主として共振回路５１０のＬＣ共振周
波数で決まるのは、共振回路５１０の出力端子４０、１
４０間において、正帰還路５２０の容量値が、共振回路
５１０のＬＣ回路に対して無視できる場合である。つま
り、発振器５００の発振周波数の可変範囲の、バラクタ
ダイオード１２、１１２の容量可変範囲に対する感度
は、正帰還回路５２０の容量値が無視できなくなると悪
化する。これについて以下に説明する。

【００１２】図１０は、トランジスタの接合容量を説明
するための図である。より具体的には、図１０（ａ）
は、トランジスタ２０の接合容量を示し、図１０（ｂ）
は、トランジスタ１２０の接合容量を示している。

【００１３】図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すよう
に、トランジスタ２０、１２０の接合容量は、エミッ
タ、ベース間の容量素子２２、１２２、ベース、コレク
タ間の容量素子２４、１２４、コレクタと基板間の容量
素子２６、１２６とに分けて考えることができる。

【００１４】図１１は、発振器５００の回路から、イン
ダクタ成分及び容量成分を抽出して描いた等価回路図で
ある。以下、図１１に示す等価回路を、発振器５００の
ＬＣ回路５０１と称する。

【００１５】図１１に示すように、ＬＣ回路５０１にお
いて、共振回路５１０と正帰還回路５２０は、並列に接
続されている。従って、ＬＣ回路５０１全体の容量値Ｃ
_５０ _１は、共振回路全体５１０の容量値をＣ_５１０、正
帰還回路５２０全体の容量値をＣ_５２０とすれば、Ｃ_５０１＝Ｃ_５１０+Ｃ_５２０・・・・（１）と、表すことができる。即ち、ＬＣ回路５０１の実際の
容量値Ｃ_５０１は、共振回路５１０の容量値Ｃ _５１０の
みでは決まらず、正帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０も
含めて、決まる値である。

【００１６】従って、共振回路５１０の容量値が、正帰
還回路５２０の容量値よりも十分に大きい場合には、正
帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０を無視して、共振回路
５１０の容量値Ｃ_５１０のみを考えることができる。し
かし、正帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０が大きな場合
には、これを無視することはできず、発振器５００の発
振周波数は、正帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０によっ
ても大きく影響される。

【００１７】例えば、ギガヘルツ（ＧＨｚ）を超えるよ
うな高い発振周波数の発振器５００を構成するために
は、ＬＣ共振回路の条件から、共振回路５１０のインダ
クタ成分及び容量成分は小さくしなければならない。し
かし、共振回路５１０の容量値Ｃ_５１０が小さくなれ
ば、正帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０は無視できず、
発振器５００の発振周波数は、共振回路５１０のＬＣ共
振周波数から導かれる値とは、ずれることになる。

【００１８】また、共振回路の容量値Ｃ_５１０に対する
ＬＣ回路５０１の感度は、共振回路５１０の容量値Ｃ
_５１０に対して、正帰還回路５２０の容量値Ｃ_５２０が
大きくなると低下する。従って、正帰還回路の容量値Ｃ
_５２０が無視できない状況下では、共振回路５１０の容
量値Ｃ_５１０の可変範囲、即ち、バラクタダイオード１
２、１１２の容量可変範囲に対して、発振器５００の発
振周波数の可変範囲は、狭くなってしまう。

【００１９】発振器を半導体基板に集積化する場合、各
素子の製造ばらつきにより共振周波数にはずれが生じ易
い。このため、より大きな周波数のずれに対して所望周
波数への補正を可能とする意味で、発振周波数の可変範
囲は広い方が望ましい。つまり、発振器５００において
は、発振周波数の可変範囲が広いほど製造歩留りを向上
させることができる。

【００２０】従ってこの発明は、上述のような問題を解
決し、広い周波数可変範囲を持ち、共振回路の周波数に
よって所望周波数の発振を得られるような発振器を提案
するものである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の発振器は、制
御電圧に応じた容量値を示す電圧制御容量素子と、前記
電圧制御容量素子の両端にそれぞれ直列に接続された第
一及び第二の容量素子と、前記電圧制御容量素子と前記
第一及び第二の容量素子との接続部分にそれぞれ接続さ
れた第一及び第二の抵抗素子と、を備えた第一及び第二
の抵抗容量体と、前記第一及び第二の抵抗容量体を挟ん
で接続された出力端子と、前記抵抗容量体に並列に、か
つ前記出力端子の間に接続された２つのインダクタ素子
と、前記第一の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前
記電圧制御容量素子と反対側にコレクタが接続され、か
つ、前記第二の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前
記電圧制御容量素子と反対側にベースが接続された第一
のトランジスタと、前記第二の抵抗容量体の前記第一の
容量素子の、前記電圧制御容量素子と反対側にコレクタ
が接続され、かつ前記第一の抵抗容量体の前記第二の容
量素子の、前記電圧制御容量素子と反対側にベースが接
続され、かつ、エミッタが、前記第一のトランジスタの
エミッタと接続された第二のトランジスタと、前記イン
ダクタ素子の接続部分に接続された第一の電源端子と、
前記第一及び第二のトランジスタの前記エミッタの接続
部分に接続された電流源と、前記電流源及び前記第一の
抵抗素子とに接続された第二の電源端子と、前記第二の
抵抗素子に接続された第一の制御端子と、前記第一及び
第二のトランジスタのベースにそれぞれ接続された第三
の抵抗素子と、前記第三の抵抗素子にそれぞれ接続され
たバイアス電源端子と、を備えたものである。

【００２２】また、この発明の発振器は、制御電圧に応
じた容量値を示す電圧制御容量素子と、前記電圧制御容
量素子の両端にそれぞれ直列に接続された第一及び第二
の容量素子と、前記電圧制御容量素子と前記第一及び第
二の容量素子との接続部分にそれぞれ接続された第一及
び第二の抵抗素子と、をそれぞれ備えた第一及び第二の
抵抗容量体と、前記第一及び第二の抵抗容量体を挟んで
接続された出力端子と、前記抵抗容量体に並列に、かつ
前記出力端子の間に接続された２つのインダクタ素子
と、前記第一の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前
記電圧制御容量素子と反対側にドレインが接続され、か
つ、前記第二の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前
記電圧制御容量素子と反対側にゲートが接続された第一
のトランジスタと、前記第二の抵抗容量体の前記第一の
容量素子の、前記電圧制御容量素子と反対側にドレイン
が接続され、かつ前記第一の抵抗容量体の前記第二の容
量素子の、前記電圧制御容量素子と反対側にゲートが接
続され、かつ、ソースが、前記第一のトランジスタのソ
ースと接続された第二のトランジスタと、前記インダク
タ素子の接続部分に接続された第一の電源端子と、前記
第一及び第二のトランジスタの前記ソースの接続部分に
接続された電流源と、前記電流源と第一の抵抗素子とに
接続された第二の電源端子と、前記第二の抵抗素子に接
続された第一の制御端子と、前記第一及び第二のトラン
ジスタのゲートにそれぞれ接続された第三の抵抗素子
と、前記第三の抵抗素子にそれぞれ接続されたバイアス
電源端子と、を備えたものである。

【００２３】また、この発明の発振器は、前記第一、第
二のトランジスタの前記ベースと前記エミッタとの間
に、それぞれ、第三の容量素子を備えたものである。

【００２４】また、この発明の発振器は、前記第一、第
二のトランジスタの前記ゲートと前記ソースとの間に、
それぞれ、第三の容量素子を備えたものである。

【００２５】また、この発明の発振器は、前記電流源
に、制御電圧を供給するための制御端子を備えたもので
ある。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、この発明の
実施の形態について説明する。なお、各図において、同
一または相当する部分には同一符号を付してその説明を
省略ないし簡略化する。

【００２７】実施の形態１．図１は、この発明の実施の
形態１における発振器２００の構成を示す回路図であ
る。図１に示す発振器２００は、２つの抵抗容量体２１
０、２２０を備えている。発振器２００においては、抵
抗容量体２１０、２２０を用いて、共振回路、正帰還回
路が一体となって構成されている。

【００２８】抵抗容量体２１０は、バラクタダイオード
１２、容量素子１６及び１８、抵抗素子３２及び３４を
含んで構成され、抵抗容量体２２０は、バラクタダイオ
ード１１２、容量素子１１６及び１１８、抵抗素子１３
２及び１３４を含んで構成される。

【００２９】バラクタダイオード１２のアノード側は容
量素子１６を介して出力端子４０に接続され、同時に、
抵抗素子３２を介して電源端子４に接続されている。バ
ラクタダイオード１１２のアノード側は、容量素子１１
６を介して出力端子１４０に接続され、抵抗素子１３２
を介して電源端子４に接続されている。電源端子４に
は、回路内の最低電位が供給される。また、バラクタダ
イオード１２のカソード側は、容量素子１８の一端と、
抵抗素子３４の一端とに接続されている。バラクタダイ
オード１１２のカソード側は、容量素子１１８の一端
と、抵抗素子１３４の一端とに接続されている。抵抗素
子３４、１３４は他端において、共に制御端子６に接続
されている。

【００３０】ここで、容量素子１６、１８及び１１６、
１１８は、抵抗容量体２１０、２２０の容量値をバラク
タダイオード１２、１１２の容量値に近似することがで
きるようにバラクタダイオード１２、１１２の容量値に
対して、十分に大きな容量値を持つものを用いる。ま
た、容量素子１６と１１６、容量素子１８と１１８、バ
ラクタダイオード１２と１１２とは、それぞれ、同じ容
量値を有する。したがって抵抗容量体２１０と２２０と
の容量値は同じである。更に、抵抗素子３２と１３２、
抵抗素子３４と１３４とは、それぞれ、同じ大きさの抵
抗値を有する。

【００３１】また、発振器２００は、２つのトランジス
タ２０、１２０を備える。これらの２つのトランジスタ
２０、１２０は、差動トランジスタ対を構成している。
トランジスタ２０及び１２０のエミッタは、共に、定電
流源８に接続されている。トランジスタ２０のコレクタ
は、容量素子１６を介して抵抗容量体２１０に接続され
ている。トランジスタ１２０のコレクタは、容量素子１
１６を介して、抵抗容量体２２０に接続されている。ま
た、トランジスタ２０のベースは、容量素子１１８を介
して抵抗容量体２２０に接続されると共に、抵抗素子３
６を介して、バイアス入力端子４２に接続されている。
トランジスタ１２０のベースは、容量素子１８を介して
抵抗容量体２１０に接続されると共に、抵抗素子１３６
を介して、バイアス入力端子１４２に接続されている。

【００３２】トランジスタ２０、１２０は、等しい容量
値を有している。また、抵抗素子３６と１３６とはそれ
ぞれ同じ大きさの抵抗値を有している。

【００３３】発振器２００において正帰還回路は、上述
のように接続された差動トランジスタ対２０、１２０、
抵抗容量体２１０、２２０、定電流源８、抵抗素子３
６、１３６、バイアス入力端子４２、１４２を含んで構
成されている。

【００３４】また、発振器２００は、２つのインダクタ
素子１４、１１４を備えている。インダクタ素子１４、
１１４は一端において、共に電源端子２に接続されてい
る。電源端子２には、回路内の最高電位が供給される。
また、インダクタ素子１４の他端は、出力端子４０、抵
抗容量体２１０の容量素子１６、及びトランジスタ２０
のコレクタに接続されている。また、インダクタ素子１
１４の他端は、出力端子１４０、抵抗容量体２２０の容
量素子１１６、及びトランジスタ１２０のコレクタに接
続されている。

【００３５】発振器２００において共振回路は、上述の
ように接続されたインダクタ素子１４、１１４、抵抗容
量体２１０、２２０、出力端子４０及び１４０を含んで
構成されている。

【００３６】バイアス入力端子４２及び１４２からは、
トランジスタ２０及び１２０が、それぞれ能動領域で動
作するように、バイアス電圧が供給される。正帰還回路
は、バイアス電圧が供給された状態で、発振器２００に
おいて共振回路を負荷として、電源投入の直後の過渡時
には、発振を起動し、十分時間のたった安定時には、発
振を維持する役割を果たす。

【００３７】抵抗容量体２１０、２２０においては、制
御端子６と電源端子４の間で、抵抗素子３２，３４及び
１３２、１３４を介して供給される制御電圧を変化させ
ることにより、バラクタダイオード１２、１１２の容量
値を変化させることができる。発振器２００は、このよ
うに容量値を変化させることにより、発振周波数を変化
させることができる。

【００３８】図２は、この発明の実施の形態１における
発振器２００からインダクタ成分及び容量成分を抽出し
て描いた等価回路図である。以下、図２に示す等価回路
を、発振器２００のＬＣ回路２０１と称する。ここで、
トランジスタ２０、１２０の接合容量は、図９（ａ）及
び図９（ｂ）に示すように、エミッタ、ベース間の容量
素子２２及び１２２、ベース、コレクタ間の容量素子２
４及び１２４、コレクタと基板２８、１２８間の容量素
子２６、１２６とに分けて考えることができる。ＬＣ回
路２０１において、トランジスタ２０、１２０の容量成
分は、上述した各容量素子に分けた状態で示している。

【００３９】尚、本実施の形態においては、トランジス
タ２０及び１２０は同じ容量値を有するものであり、容
量素子２２と１２２、容量素子２４と１２４、容量素子
２６と１２６とはそれぞれ同じ容量値を有する。

【００４０】図２に示すＬＣ回路２０１において、発振
周波数は、ＬＣ回路２０１全体のインダクタンスＬ
_２０１及び容量値Ｃ_２０１によって決定される。回路２
０１全体のインダクタンスＬ_２０１は、インダクタ素子
１４、１１４によって決まる値であり、ここでは固定値
である。一方、容量値Ｃ_２０１は、バラクタダイオード
１２、１１２の容量値Ｃ_１２、Ｃ_１１２の容量値が変化
する値であるから、この変化に伴って変化する。従っ
て、発振器２００の発振周波数は、容量値Ｃの変化によ
って変化する。

【００４１】また、回路全体の容量値Ｃは、トランジス
タ２０、１２０の容量素子２２、２４、２６、１２２、
１２４、１２６の容量値Ｃ_２２、Ｃ_２４Ａ、Ｃ_２６、Ｃ
_１２ _２、Ｃ_１２４Ａ、Ｃ_１２６及び抵抗容量体２１０、
２２０の容量値Ｃ_２１０、Ｃ _２２０によって影響を受け
る。

【００４２】ところで、図３は、ミラー効果について説
明するための図である。図３に示すように、Ａ倍の利得
をもつ反転増幅器１５０に大きさＣ_１５２の容量素子１
５２を介して負帰還をかけると、これらの回路の入出力
間は、ミラー効果により、等価的に、Ｃ＝（１＋Ａ）Ｃ_１５２・・・・（２）の容量値を示す。

【００４３】図２において、トランジスタ２０のコレク
タ、ベース間の容量素子２４は、図３における帰還容量
１５２に相当するため、その容量は、本来の値Ｃ
_２４（トランジスタ２０オフ時の値）に、（１＋Ａ）を
掛け合わせた値となる。但し、Ａは、トランジスタ２０
の利得である。このため、この明細書において、容量素
子２４の容量は添字２４Ａを付して、Ｃ_２４Ａと表すも
のとする。同様に、容量素子１２４の容量値について
も、容量値Ｃ_１２４Ａと表すものとする。

【００４４】ＬＣ回路２０１において出力端子４０、１
４０間においては、同じ容量値を有する容量素子がブリ
ッジ状に対称に配置されている。この場合、容量素子１
２２、２２の両側に位置するｇ点とｈ点とは同相の関係
になる。従って、ＬＣ回路２０１において、容量素子１
２２、２２の容量値Ｃ_２２、Ｃ_１２２は無視することが
できる。

【００４５】一般に、回路全体の容量値Ｃ_０は、例えば
２つのコンデンサが直列に接続されている場合、この２
つのコンデンサの容量値をＣ_１、Ｃ_２とすれば、Ｃ_０＝Ｃ_１×Ｃ_２／（Ｃ_１＋Ｃ_２）＝Ｃ_１／（１＋Ｃ_１／Ｃ_２）・・・（３）と表すことができる。また、２つのコンデンサが並列に
接続されている場合には、Ｃ_０＝Ｃ_１＋Ｃ_２・・・・（４）と、表すことができる。

【００４６】直列接続の場合、容量値Ｃ_１に対してＣ_２
が十分大きな値であれば、（３）式において、Ｃ_１／Ｃ
_２≒０と考えて、Ｃ_０≒Ｃ_１と近似することができる。
即ち、直列接続の場合、容量値Ｃ_１に対してＣ_２が十分
大きな値であれば、全体の容量値Ｃ_０に対して、容量の
大きなコンデンサが与える影響は小さい。

【００４７】一方、並列接続の場合、回路全体の容量値
は、（４）式に示すように、各コンデンサの容量値の和
になる。従って、直列の場合とは逆に、回路全体の容量
値Ｃ _０に対して、容量の大きなコンデンサが与える影響
は大きくなる。

【００４８】ここで、図２に示すＬＣ回路２０１につい
て考察すると、抵抗容量体２１０では、容量素子１６、
１８と、バラクタダイオード１２が直列に接続されてい
る。本実施の形態において、容量素子１６、１８の容量
値Ｃ_１６、Ｃ_１８はバラクタダイオード１２の容量値Ｃ
_１２に対して、十分に大きな値を取っている。このた
め、容量値Ｃ_１６、Ｃ_１８が抵抗容量体２１０の容量値
Ｃ_２１０に与える影響は少なく、抵抗容量体２１０の容
量値Ｃ_２１０は、バラクタダイオード１２の容量値Ｃ
_１２に近似して、Ｃ_２１０≒Ｃ_１２と、考えることがで
きる。抵抗容量体２２０についても、同様に、直列に接
続された容量素子１１６、１１８の影響は小さく、抵抗
容量体２２０の容量値Ｃ_２２０は、バラクタダイオード
１１２の容量値Ｃ_１１２に近似して、Ｃ_２２０≒Ｃ
_１１２と、考えることができる。

【００４９】また、図２を参照して、ＬＣ回路２０１
中、ａ−ｂ間においては、抵抗容量体２２０と、容量素
子２４が、出力端子４０及び１４０間で直列に接続され
ている。容量素子２４は、バラクタダイオード１１２に
対して、十分に大きな値Ｃ_２４ _Ａを示すことから、ａ−
ｂ間における容量値Ｃ_ａｂに対して、容量素子２４の容
量値Ｃ_２４Ａが与える影響は小さい。

【００５０】同様に、ＬＣ回路２０１中、ｃ−ｄ間にお
いては、抵抗容量体２１０と容量素子１２４が、出力端
子４０及び１４０間で直列に接続されている。容量素子
１２４は、バラクタダイオード１２に対して、十分大き
な値Ｃ_１２４Ａを示すことから、ｃ−ｄ間の容量値Ｃ
_ｃｄに対して、容量素子１２４の容量値Ｃ_１２４Ａが与
える影響は小さい。

【００５１】また、ｅ−ｆ間の容量値Ｃ_ｅｆは、容量素
子２６、１２６によって決まる値であり、この部分の容
量値の変化はない。

【００５２】ＬＣ回路全体の容量値Ｃ_２０１は、ａ−
ｂ、ｃ−ｄ、ｅ−ｆの部分がそれぞれ並列にあることか
ら、Ｃ_２０１＝Ｃ_ａｂ＋Ｃ_ｃｄ＋Ｃ_ｅｆ・・・・（５）と、表すことができる。

【００５３】即ち、ＬＣ回路２０１の容量値Ｃ
_２０１は、ほぼ抵抗容量体２１０及び２２０のなかのバ
ラクタダイオード１２、１１２において決定される容量
値の変化によって共振周波数を変化させ、これによって
発振周波数も変化するものと考えることができる。

【００５４】以上説明した通り、本実施の形態の構成に
よれば、正帰還回路と共振回路とを抵抗容量体２１０、
２２０により一体化した状態で形成することができ、こ
れによって、トランジスタ２０、１２０の容量成分の一
部を、バラクタダイオード１２、１１２と直列に接続す
ることができる。この場合、正帰還回路の容量値が回路
全体の容量値に与える影響を小さくすることができ、バ
ラクタダイオードの容量値の変化を直接ＬＣ回路２０１
の共振周波数の変化に寄与させることができる。

【００５５】更に、ここでは、２つのバラクタダイオー
ド１２、１１２が、出力端子に対して並列に接続されて
いる。このように並列に接続されたとき容量値は、２つ
のバラクタダイオードの容量値の和と考えることができ
る。従って、回路全体において、バラクタダイオードの
容量値を、直列に接続された場合よりも大きく影響させ
ることができ、容量値の変動範囲を大きく取ることがで
きる。これによって、発振周波数の可変範囲を大きくす
ることができる。

【００５６】なお、ここでは、正帰還回路においてバイ
ポーラトランジスタを用いたが、これに限るものではな
く、ＭＯＳトランジスタを用いるものであってもよい。
この場合には、バイポーラトランジスタのエミッタの代
わりにＭＯＳトランジスタのソースを接続し、ベースの
代わりに、ゲートを接続し、コレクタの代わりにドレイ
ンを接続すればよい。

【００５７】実施の形態２．図４は、この発明の実施の
形態２における発振器３００の構成を示す回路図であ
る。また、図５は、この発明の実施の形態２における発
振器３００からインダクタ成分及び容量成分を抽出して
描いた等価回路図である。以下、図５に示す等価回路
を、発振器３００のＬＣ回路３０１と称する。

【００５８】図４に示すように、発振器３００において
は、トランジスタ２０のエミッタとベースとの間に容量
素子３８が、また、トランジスタ１２０のエミッタとベ
ースとの間に容量素子１３８がそれぞれ接続されてい
る。これらの容量素子３８、１３８は、図５に示すＬＣ
回路３０１では、容量素子２２、１２２と並列に接続さ
れた素子として機能する。以下、容量素子２２、１２２
及び３８、１３８を含むユニットを容量体３１０と称す
る。その他の構成は、実施の形態１で説明した発振器２
００と同じであるから説明を省略する。

【００５９】本実施の形態において、容量素子３８、１
３８は同じ容量値を有している。この容量値は、抵抗容
量体２１０、２２０の容量値Ｃ_２１０、Ｃ_２２０、及び
トランジスタの容量素子２２、２４、１２２、１２４の
容量値Ｃ_２２、Ｃ_２４Ａ、Ｃ _１２２、Ｃ_１２４Ａ、に対
して、十分に大きな値である。

【００６０】容量体３１０は、上述の如く、容量値の大
きな容量素子３８、１３８を有しているため、交流信号
に対して、容量体３１０全体として極めて小さなインピ
ーダンスを示す。従って、発振器３００において、この
部分は、容量値Ｃ_２２、Ｃ_１ _２２が小さな値であって
も、交流的には短絡しているものとみなすことができ
る。

【００６１】図６は、上述した容量体３１０が短絡して
いるものとして描かれた等価回路図である。実施の形態
１においても、容量素子２２及び１２２の容量値は無視
した。しかし、この容量値を、ＬＣ回路２０１おいて無
視できるのは、抵抗容量体２１０と抵抗容量体２２０と
が同一の容量値を有し、かつ、容量素子２４と１２４と
が同一の容量値を有する場合である。即ち、それぞれの
容量値が同一でない場合、ブリッジ回路のバランスが崩
れ、実施の形態１では、容量素子２２及び１２２を無視
できない事態が生じる。

【００６２】しかし、容量体３１０を用いれば、ＬＣ回
路３０２に示すように、容量値がそれぞれで一致しない
場合にも、確実に、この部分を短絡したものと見ること
ができ、容量素子２２と１２２を含む容量体３１０の容
量値を無視することが可能となる。

【００６３】従って、本実施の形態では、発振器３００
の製造ばらつき等に影響されることなく、回路全体の容
量値Ｃ_３００を常に次式（６）で表される値として把握
することができる。Ｃ_３０１＝０．５×（Ｃ_２４Ａ＋Ｃ_１２＋Ｃ_２６）＝０．５×（Ｃ_１２４Ａ＋Ｃ_１１２＋Ｃ_１２６）・・・・（６）

【００６４】なお、本実施の形態２でも、トランジスタ
２０、１２０は、バイポーラトランジスタであるものと
して説明したが、バイポーラトランジスタの代わりにＭ
ＯＳトランジスタを用いるものであってもよい。

【００６５】実施の形態３.図７は、この発明の実施の
形態３における発振器４００の構成を示す回路図であ
る。本実施の形態において、定電流源８は、電圧制御型
の電流源で構成されている。即ち、定電流源８には、制
御端子５０が接続されている。制御端子５０には、制御
電圧が入力される。定電流源８は、その制御電圧に応じ
て出力電流値を変化させることができる。その他の部分
は、実施の形態２の発振器３００の構成と同様であるか
ら説明を省略する。

【００６６】本実施の形態において、トランジスタ２
０、１２０は、実施の形態１または２の場合と同様に、
エミッタ接地により用いられている。この場合、トラン
ジスタ２０、１２０の利得ＧはＧ＝Ｚ_Ｌ（ｑ・Ｉｃ）／（ｋ・Ｔ）・・・・（７）と、表すことができる。尚、ここで、各記号は以下のと
おりである。Ｚ_Ｌ：エミッタ接地トランジスタの負荷インピーダンス
（Ω）ｑ：電子の単位電荷（１．６×１０^−１９（Ｃ））Ｉｃ：コレクタ電流（Ａ）ｋ：ボルツマン定数（１．３８×１０^２３（Ｊ／Ｋ））Ｔ：絶対温度（Ｋ）

【００６７】また、この場合、トランジスタ２０、１２
０は、それ自身が図３に示す反転増幅器１５０に相当
し、更に、それらの容量素子２４、１２４は、図３に示
す帰還容量１５２に相当する。従って、容量値
Ｃ_２４Ａ、Ｃ_１２４Ａは、ミラー効果により、次式
（８）のように表すことができる（（３）式、（７）式
参照）。Ｃ_２４Ａ＝Ｃ_１２４Ａ＝（１＋Ｇ）×Ｃ＝｛１＋Ｚ_Ｌ（ｑ・Ｉｃ）／（ｋ・Ｔ）｝×Ｃ_２４・・・・（８）但し、Ｃ_２４は、容量素子２４本来の容量値であり、容
量素子１２４の本来の容量値Ｃ_１２４と等しい値であ
る。

【００６８】上記（８）式により、容量素子２４、１２
４の容量値Ｃ_２４Ａ，Ｃ_１２４Ａは、共に、コレクタ電
流Ｉｃに依存していることが判る。従って、図７におい
て、発振器４００の電流源８が発生電流を変化させ、そ
の結果、トランジスタ２０、１２０を流れる電流Ｉｃが
変化すれば、容量素子２４、１２４の容量値Ｃ_２４Ａ、
Ｃ_１２４Ａには変化が生ずる。これにより、発振器４０
０の回路全体の容量値を変化させることができる。

【００６９】実施の形態２において、（６）式で述べた
ように、ＬＣ回路３０１全体の容量値は、Ｃ_３００＝０．５×（Ｃ_２４Ａ＋Ｃ_１２＋Ｃ_２６）＝０．５×（Ｃ_１２４Ａ＋Ｃ_１１２＋Ｃ_１２６）・・・・（６）と表すことができる。即ち、発振器４００において、容
量値は、バラクタダイオード１２、１１２の容量値Ｃ
_１２、Ｃ_１１２だけでなく、容量素子２４、１２４のミ
ラー効果による容量値Ｃ_２４Ａ、C_１２４Ａによっても
変化させることができる。従って、バラクタダイオード
１２、１１２の容量値変化のみにより、発振周波数を変
化させている場合に比べて、発振周波数の可変範囲を大
きく取ることができる。

【００７０】図８は、発振器４００において、制御端子
６及び制御端子５０からの電圧を変化させた場合の発振
周波数の変化を示すグラフである。ここでは、電源端子
２は、３．０Ｖ、電源端子４は、０Ｖとなっている。

【００７１】図８に示すように、発振器４００は、制御
電圧６及び制御端子５０からかけられる制御電圧Ｖ_６及
びＶ_５０とにより、それぞれ独立に発振周波数の制御が
可能である。また、発振器４００の発振周波数は、１０
（ＧＨｚ）程度の高さを持つにも関わらず、発振可能な
周波数は、９．４５〜１１．０５（ＧＨｚ）と、広い可
変範囲を持つことができる。

【００７２】なお、本実施の形態においては、実施の形
態２において説明した発振器３００において、電流源８
に制御端子５０を設けることとした。しかし、これに限
るものではなく、実施の形態１において説明した発振器
２００のような発振器の電流源に制御端子を設けるもの
であってもよい。

【００７３】なお、この発明における電圧制御容量素子
には、例えば、実施の形態１から３におけるバラクタダ
イオード１２、１１２が該当する。また、第一の容量素
子には、例えば、容量素子１６、１１６が該当し、第二
の容量素子には、たとえば容量素子１８、１１８が該当
する。また、第一の抵抗素子には、本実施の形態におけ
る抵抗素子３２、１３２が該当し、第二の抵抗素子に
は、例えば、抵抗素子３４、１３４が該当する。更に、
第一の抵抗容量体には、例えば、抵抗容量体２１０が該
当し、第二の抵抗容量体には、抵抗容量体２２０が該当
する。また、この発明におけるインダクタ素子には、例
えば、実施の形態１から３におけるインダクタ素子１
４、１１４が該当する。また、この発明における第一の
トランジスタには、例えば、実施の形態１から３におけ
るトランジスタ２０が該当し、第二のトランジスタに
は、例えば、トランジスタ１２０が該当する。

【００７４】また、この発明における第一の電源端子に
は、例えば、実施の形態１から３における電源端子２が
該当し、第二の電源端子には、たとえば、電源端子４が
該当する。また、電流源には、例えば、電流源８が該当
する。また、第一の制御端子には、例えば、制御端子６
が該当する。また、この発明における第三の抵抗素子に
は、例えば、実施の形態１から３における抵抗素子３
６、１３６が該当し、バイアス電源端子には、バイアス
電源端子４２、１４２が該当する。

【００７５】また、この発明における第三の容量素子に
は、例えば、実施の形態２及び３における抵抗素子３
８、１３８が該当する。また、この発明における第二の
制御端子には、実施の形態３における制御端子５０が該
当する。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、抵抗容量体を設けて、これにより、共振回路と正帰
還回路を一体化することができる。これによって、バラ
クタダイオードの容量値の変化に対する発振器全体の容
量値の感度を大きくすることができ、従って、発振周波
数の可変範囲の大きい発振器を得ることができる。

【００７７】また、この発明において、トランジスタの
ベースエミッタ間に、並列に、容量の大きな容量素子を
設けるものについては、ベースエミッタ間の容量値を確
実に無視することができ、従って、バラクタダイオード
の容量値の変化を大きくすることができ、発振周波数の
可変範囲の大きい発振器を得ることができる。

【００７８】また、この発明において、電流源に制御端
子を設けて、電圧を可変とするものについては、トラン
ジスタのエミッタ接地の容量値を変動させることができ
る。これによって、バラクタダイオードの容量値の変動
に加えて、トランジスタの容量値をも変動させることが
できるため、回路全体の容量値の変動を大きく取ること
ができる。したがって、更に、発振周波数の可変範囲の
大きな発振器を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における発振器の構
成を示す回路図である。

【図２】この発明の実施の形態１における発振器から
インダクタ成分及び容量成分を抽出した等価回路図であ
る。

【図３】ミラー効果について説明するための図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態２における発振器の構
成を示す回路図である。

【図５】この発明の実施の形態２における発振器から
インダクタ成分及び容量成分を抽出した等価回路図であ
る。

【図６】この発明の実施の形態２における発振器にお
いて、容量体が短絡しているものとして描かれた回路図
である。

【図７】この発明の実施の形態３における発振器の構
成を示す回路図である。

【図８】この発明の実施の形態３における発振器にお
いて、制御端子からの電圧を変化させた場合の発振周波
数の変化を示すグラフである。

【図９】従来の発振器の構成例を示す回路図である。

【図１０】トランジスタの接合容量を説明するための
回路図である。

【図１１】従来の発振器の回路から、インダクタ成分
及び容量成分を抽出した等価回路図である。

【符号の説明】

２００、３００、４００、５００発振器２０１、３０１、５０１ＬＣ回路２１０、２２０抵抗容量体３１０容量体２、４電源端子６制御端子８定電流源１０抵抗素子１２、１１２バラクタダイオード１４、１１４インダクタ素子１６、１８、１１６、１１８容量素子２０、１２０トランジスタ２２、２４、２６、１２２、１２４、１２６容量素子２８、１２８半導体基板３０、３２、３４、３６、１３０、１３２、１３４，１
３６抵抗素子３８、１３８容量素子４０、１４０出力端子４２、１４２バイアス電源端子５０制御端子１５０反転増幅器１５２容量素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J081 AA03 CC22 DD03 DD11 EE02 EE03 FF09 GG01 KK02 KK09 KK22 LL05 MM01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御電圧に応じた容量値を示す電圧制御
容量素子と、前記電圧制御容量素子の両端にそれぞれ直列に接続され
た第一及び第二の容量素子と、前記電圧制御容量素子と前記第一及び第二の容量素子と
の接続部分にそれぞれ接続された第一及び第二の抵抗素
子と、を備えた第一及び第二の抵抗容量体と、前記第一及び第二の抵抗容量体を挟んで接続された出力
端子と、前記抵抗容量体に並列に、かつ前記出力端子の間に接続
された２つのインダクタ素子と、前記第一の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にコレクタが接続され、かつ、前記第二の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にベースが接続された第一のト
ランジスタと、前記第二の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にコレクタが接続され、かつ前
記第一の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前記電圧
制御容量素子と反対側にベースが接続され、かつ、エミッタが、前記第一のトランジスタのエミッタと接続
された第二のトランジスタと、前記インダクタ素子の接続部分に接続された第一の電源
端子と、前記第一及び第二のトランジスタの前記エミッタの接続
部分に接続された電流源と、前記電流源及び前記第一の抵抗素子とに接続された第二
の電源端子と、前記第二の抵抗素子に接続された第一の制御端子と、前記第一及び第二のトランジスタのベースにそれぞれ接
続された第三の抵抗素子と、前記第三の抵抗素子にそれぞれ接続されたバイアス電源
端子と、を備えたことを特徴とする発振器。
【請求項２】制御電圧に応じた容量値を示す電圧制御
容量素子と、前記電圧制御容量素子の両端にそれぞれ直列に接続され
た第一及び第二の容量素子と、前記電圧制御容量素子と前記第一及び第二の容量素子と
の接続部分にそれぞれ接続された第一及び第二の抵抗素
子と、をそれぞれ備えた第一及び第二の抵抗容量体と、前記第一及び第二の抵抗容量体を挟んで接続された出力
端子と、前記抵抗容量体に並列に、かつ前記出力端子の間に接続
された２つのインダクタ素子と、前記第一の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にドレインが接続され、かつ、前記第二の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にゲートが接続された第一のト
ランジスタと、前記第二の抵抗容量体の前記第一の容量素子の、前記電
圧制御容量素子と反対側にドレインが接続され、かつ前
記第一の抵抗容量体の前記第二の容量素子の、前記電圧
制御容量素子と反対側にゲートが接続され、かつ、ソースが、前記第一のトランジスタのソースと接続され
た第二のトランジスタと、前記インダクタ素子の接続部分に接続された第一の電源
端子と、前記第一及び第二のトランジスタの前記ソースの接続部
分に接続された電流源と、前記電流源と第一の抵抗素子とに接続された第二の電源
端子と、前記第二の抵抗素子に接続された第一の制御端子と、前記第一及び第二のトランジスタのゲートにそれぞれ接
続された第三の抵抗素子と、前記第三の抵抗素子にそれぞれ接続されたバイアス電源
端子と、を備えたことを特徴とする発振器。
【請求項３】前記第一、第二のトランジスタの前記ベー
スと前記エミッタとの間に、それぞれ、第三の容量素子
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の発振器。
【請求項４】前記第一、第二のトランジスタの前記ゲー
トと前記ソースとの間に、それぞれ、第三の容量素子を
備えたことを特徴とする請求項２に記載の発振器。
【請求項５】前記電流源に、制御電圧を供給するための
制御端子を備えたことを特徴とする請求項１から４のい
ずれかに記載の発振器。