JP2006345413A - トランジスタ発振回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 発振用トランジスタ３のベースバイアス回路を改良して電源電圧の変動に対して発振周波数の変化を少くできるトランジスタ発振回路を提供する。
【解決手段】 エミッタがエミッタ負荷抵抗８を介して接地点に接続され、ベースと接地点間に共振回路２が接続され、コレクタが電源端子に接続された発振用トランジスタ３を有し、発振用トランジスタ３のベースとコレクタとの間及びベースとエミッタとの間にそれぞれベースバイアス抵抗９、１０が接続され、発振用トランジスタ３のエミッタと交流的接地点の間にコンデンサ７が接続される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電源電圧の変動に対して発振周波数の変動を少なくした回路構成を有するトランジスタ発振回路に関する。

従来、高周波信号を発生するコルピッツ型トランジスタ発振回路としては、特開平０８−２１３９０４号公報の第３図に記載されているようなトランジスタ発振回路が知られている。

図２は、かかる既知のトランジスタ発振回路を示す回路図であって、電圧制御発振回路を構成しているものである。

図２に示されるように、このトランジスタ発振回路は、共振回路接続端２１ａと発振信号出力端２１ｂと電源接続端２１ｃを有する発振回路部２１と、出力端２２ａと制御端２２ｂを有する共振回路２２とからなっている。この場合、発振回路部２１は、発振用トランジスタ２３と、結合コンデンサ２４、２５と、帰還コンデンサ２６、２７と、エミッタ負荷抵抗２８と、ベースバイアス抵抗２９、３０と、バイパスコンデンサ３１とを備えている。共振回路２２は、λ／４型誘電体共振器３２と、バラクタダイオード３３と、直流阻止コンデンサ３４と、バッファインダクタ３５とを備えている。

そして、発振回路部２１において、発振用トランジスタ２３は、エミッタが、エミッタ負荷抵抗２８を通して接地点に、結合コンデンサ２５を通して発振信号出力端２１ｂに、帰還コンデンサ２６を通してベースに、帰還コンデンサ２７を通してコレクタにそれぞれ接続され、ベースが、結合コンデンサ２４を通して共振回路接続端２１ａに、ベースバイアス抵抗２９を通してコレクタに、ベースバイアス抵抗３０を通して接地点にそれぞれ接続され、コレクタが、電源接続端２１ｃに直接接続されるとともに、バイパスコンデンサ３１を通して接地点に接続される。この場合、共振回路接続端２１ａは、共振回路２２の出力端２２ａに接続され、発振信号出力端２１ｂは、次続のバッファアンプ（図示なし）に接続され、電源接続端２１ｃは、電源電圧Ｖｃｃが供給される電源端子（記号なし）に接続される。

また、共振回路２２において、λ／４型誘電体共振器３２は、一端が出力端２２ａに接続され、他端が接地点に接続される。バラクタダイオード３３は、アノードが接地点に接続され、カソードが、直流阻止コンデンサ３４を通して出力端２２ａに接続され、同時にバッファインダクタ３５を通して制御端２２ｂに接続される。この場合、制御端２２ｂは、周波数制御電圧Ｖｆが供給される制御端子（記号なし）に接続される。

前記構成を有する発振回路部２１は、コルピッツ型トランジスタ発振回路であって、発振用トランジスタ２３のベース−エミッタ間に接続された帰還コンデンサ２６、２７と、高周波的にベース−コレクタ間に接続されている共振回路２２によって発振周波数が設定され、発振用トランジスタ２３のエミッタから導出された発振信号が結合コンデンサ２５を通して発振信号出力端２１ｂに供給される。
特開平０８−２１３９０４号公報

前記既知のトランジスタ発振回路は、発振用トランジスタ２３のベースバイアス抵抗２９、３０が電源接続端２１ｃと接地点との間に直列接続され、その接続点に発生した分圧電圧がベースバイアス電圧Ｖｂとして発振用トランジスタ２３のベースに供給される。この場合、ベースバイアス電圧Ｖｂは、電源接続端２１ｃに加わる電源電圧をＶｃｃ、ベースバイアス抵抗２９、３０の各抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、発振用トランジスタ２３の電流増幅率が十分大きく、そのベース電流を無視できるとしたとき、
Ｖｂ＝Ｖｃｃ×｛Ｒ２／（ＲＩ＋Ｒ２）｝によって設定される。

このとき、発振用トランジスタ２３のコレクタ−ベース間電圧をＶｃｂ、コレクタ−エミッタ間電圧をＶｃｅ、ベース−エミッタ間接合電圧を０．７Ｖとすれば、
Ｖｃｂ＝Ｖｃｃ−Ｖｂ＝Ｖｃｃ×｛Ｒ１／（Ｒｌ＋Ｒ２）｝
Ｖｃｅ＝Ｖｃｂ＋０．７＝Ｖｃｃ×｛Ｒ１／（ＲＩ＋Ｒ２）｝＋０．７によって設定される。

上の設定式から判るように、電源電圧Ｖｃｃが変化した場合、電源電圧Ｖｃｃの変化に対応して発振用トランジスタ２３のコレクタ−ベース間電圧Ｖｃｂ及びコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅがそれぞれ変化し、それらの変化に伴って発振用トランジスタ２３のコレクタ−ペース間の内部容量及びコレクタ−エミッタ間の内部容量がそれぞれ変化し、発振用トランジスタ２３の発振周波数が比較的大きな変化することになる。

本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、発振用トランジスタのベースバイアス回路を改良して電源電圧の変動に対して発振周波数の変化を少なくできるトランジスタ発振回路を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明によるトランジスタ発振回路は、エミッタがエミッタ負荷抵抗を介して接地点に接続され、ベースと接地点間に共振回路が接続され、コレクタが電源端子に接続された発振用トランジスタを有し、発振用トランジスタのベースとコレクタとの間及びベースとエミッタとの間にそれぞれベースバイアス抵抗が接続された構成手段を具備したものである。

以上のように、請求項１に記載のトランジスタ発振回路によれば、コレクタ接地形式で動作する発振用トランジスタのベースバイアス回路として、発振用トランジスタのコレクタ（電源端子）−ベース間及びベース−エミッタ間にそれぞれベースバイアス抵抗を接続した回路を用いるようにしたので、コレクタ（電源端子）−ベース間及びベース−接地点間にそれぞれベースバイアス抵抗を接続した通常のベースバイアス回路と比べれば、電源電圧の変動に伴う発振用トランジスタのコレクタ−ベース電圧Ｖｃｂ及びコレクタ−エミッタ電圧Ｖｃｅを変動が少なくなり、それによって発振用トランジスタのコレクタ−ペース間の内部容量値及びコレクタ−エミッタ間の内部容量値の変動が抑圧されので、電源電圧が変動しても、発振周波数の変動を少なくできるという効果がある。

また、請求項２に記載のトランジスタ発振回路によれば、前記発振用トランジスタのコレクタを高周波的に接地したので、電源電圧の変動に対して発振周波数の変動の少ないコレクタ接地型の発振回路を構成できる。

また、請求項２に記載のトランジスタ発振回路によれば、共振回路にはアノードが直流的に接地されたバラクタダイオードを設け、バラクタダイオードのカソードに制御電圧を印加したので、電源電圧の変動に対して発振周波数の変動の少ない電圧制御発振回路を構成できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明によるトランジスタ発振回路の実施の形態に係るもので、トランジスタ発振回路の回路構成を示す回路図である。

図１に示されるように、この実施の形態によるトランジスタ発振回路は、共振回路接続端１ａと発振信号出力端１ｂと電源接続端１ｃを有する発振回路部１と、接続端２ａと制御端２ｂを有する共振回路２とからなっている。この場合、発振回路部１は、発振用トランジスタ３と、結合コンデンサ４、５と、帰還コンデンサ６、７と、エミッタ負荷抵抗８と、ベースバイアス抵抗９、１０と、バイパスコンデンサ１１とを備えている。共振回路２は、共振用インダクタ素子１２と、バラクタダイオード１３と、直流阻止コンデンサ１４と、バッファインダクタ１５とを備えている。

そして、発振回路部１において、発振用トランジスタ３は、エミッタが、エミッタ負荷抵抗８を通して接地点に、結合コンデンサ５を通して発振信号出力端１ｂに、帰還コンデンサ６を通してベースに、帰還コンデンサ７を通して接地点（交流的接地点）にそれぞれ接続され、ベースが、結合コンデンサ４を通して共振回路接続端１ａに、ベースバイアス抵抗９を通してコレクタに、ベースバイアス抵抗１０を通してエミッタにそれぞれ接続され、コレクタが、電源接続端１ｃに直接接続されるとともに、バイパスコンデンサ１１を通して接地点（交流的接地点）に接続される。この場合、共振回路接続端１ａは、共振回路２の接続端２ａに接続され、発振信号出力端１ｂは、次続回路、例えばバッファアンプ（図示なし）に接続され、電源接続端１ｃは、電源電圧Ｖｃｃが供給される電源端子（記号なし）に接続される。

また、共振回路２において、共振用インダクタ素子１２は、一端が出力端２ａに接続され、他端が接地点に接続される。バラクタダイオード１３は、アノードが接地点に接続され、カソードが、直流阻止コンデンサ１４を通して出力端２ａに接続され、同時にチョークインダクタ１５を通して制御端２ｂに接続される。この場合、制御端２ｂは、周波数制御電圧Ｖｆが供給される制御端子（記号なし）に接続される。

前記構成を有する発振回路は、発振用トランジスタ３のベース−エミッタ間及びエミッタ−コレクタ（交流的接地点）間にそれぞれ接続された帰還コンデンサ６、７とベース−コレクタ（交流的接地点）間に接続された共振回路２によってコルピッツ型トランジスタ発振回路が構成される。そして、このトランジスタ発振回路の発振周波数は、主として帰還用コンデンサ６、７と共振回路２の並列共振周波数によって設定される。共振用インダクタ素子１２と並列に接続されるバラクタダイオード１３に印加する周波数制御電圧Ｖｆによって発振周波数が制御される。発振用トランジスタ３は発振信号をエミッタから導出し、導出された発振信号は結合コンデンサ５を通して発振信号出力端１ｂに供給される。

ここで、前記構成を有するこの実施の形態のトランジスタ発振回路において、発振用トランジスタ３の各電極間に発生するバイアス電圧の状態を考察する。

このトランジスタ発振回路において、発振用トランジスタ３のベースバイアス抵抗９、１０は、電源接続端１ｃ（発振用トランジスタ３のコレクタ）と発振用トランジスタ３のエミッタとの間に直列接続され、それらの抵抗９、１０の接続点に発生した分圧電圧がベースバイアス電圧Ｖｂとして発振用トランジスタ３のベースに供給される。

この場合、電源接続端１ｃに加わる電源電圧、すなわち発振用トランジスタ３のコレクタ電圧をＶｃ、そのベース電圧をＶｂ、そのエミッタ電圧をＶｅとし、ベースバイアス抵抗９、１０の各抵抗値をＲ１、Ｒ２とし、発振用トランジスタ３の電流増幅率が十分大きく、そのベース電流を無視できるもの、すなわちベースバイアス抵抗９に流れる電流とベースバイアス抵抗１０に流れる電流とが等しくなるものとし、発振用トランジスタ３のベース−エミッタ間接合電圧を０．７Ｖとすれば、下記の諸式が成立する。

（Ｖｃ−Ｖｂ）／Ｒｌ＝（Ｖｂ−Ｖｅ）／Ｒ２・・・（１）
上記条件から、Ｖｅ＝Ｖｂ−０．７であり、Ｖｂ−Ｖｅ＝０．７になるので、（１）式を書き替えると、
（Ｖｃ−Ｖｂ）／Ｒｌ＝（Ｖｂ−Ｖｅ）／Ｒ２＝０．７／Ｒ２・・・（２）
（２）式から、コレクタ−ベース間電圧Ｖｃｂ（＝Ｖｃ−Ｖｂ）は、
Ｖｃｂ＝０．７×（Ｒｌ／Ｒ２）・・・（３）
となり、電源電圧Ｖｃに依存しないことが判る。また、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅは、
Ｖｃｅ＝０．７×（Ｒｌ／Ｒ２）＋０．７・・・（４）
となり、同様に、電源電圧Ｖｃに依存しないことが判る。

実際の回路においては、発振用トランジスタ３のベース電流の電流値を完全に無視することができず、また、電源電圧Ｖｃの変動によってコレクタ電流（＝エミッタ電流）も変動するので、多少のところ電源電圧Ｖｃに依存する。この場合、ベースバイアス抵抗９、１０の抵抗値Ｒ１、Ｒ２が小さいほど、発振用トランジスタ３の電流増幅率が大きければ大きいほど、ベース電流を無視することが可能なり、コレクタ−ベース間電圧Ｖｃｂ及びコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの電源電圧Ｖｃの依存性が低減する。

図３は、電源電圧（Ｖｃ）の変動に対して発振用トランジスタ３のコレクタ−ベース間電圧（Ｖｃｂ）及びコレクタ−エミッタ間電圧（Ｖｃｅ）が変動する状態を示す特性図である。この場合、特性曲線Ａは、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路におけるコレクタ−ベース間電圧（Ｖｃｂ）の変動状態を示すものであり、特性曲線Ｂは、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路におけるコレクタ−エミッタ間電圧（Ｖｃｅ）の変動状態を示すものである。一方、特性曲線ａは、既知のトランジスタ発振回路におけるコレクタ−ベース間電圧（Ｖｃｂ）の変動状態を示すものであり、特性曲線ｂは、既知のトランジスタ発振回路におけるコレクタ−ベース間電圧（Ｖｃｂ）の変動状態を示すものである。

図３に図示された特性図において、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路は、ベースバイアス抵抗９の抵抗値Ｒｌを２ｋΩ、ベースバイアス抵抗１０の抵抗値Ｒ２を２．２ｋΩ、エミッタ負荷抵抗８の抵抗値を６２Ωにそれぞれ選んだときの特性曲線Ａ、Ｂである。また、既知のトランジスタ発振回路は、ベースバイアス抵抗２９の抵抗値Ｒｌを１．１ｋΩ、ベースバイアス抵抗３０の抵抗値Ｒ２を２．３５ｋΩ、エミッタ負荷抵抗２８の抵抗値を６２Ωにそれぞれ選んだときの特性曲線ａ、ｂである。

図３の特性曲線Ａ、ａ及び特性曲線Ｂ、ｂによって示されるように、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路と既知のトランジスタ発振回路とを比較した場合、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路の方が、電源電圧（Ｖｃ）の変動に対して、コレクタ−ベース間電圧（Ｖｃｂ）及びコレクタ−エミッタ間電圧（Ｖｃｅ）の変動が少なくなっていることから、本実施の形態に係るトランジスタ発振回路は、電源電圧が変動しても、発振用トランジスタ３のコレクタ−ベース間の内部容量及びコレクタ−エミッタ間の内部容量の変動が少なく、その結果、電源電圧変動に対する発振周波数の変動は、既知のトランジスタ発振回路に比べてかなり少なくなり、安定な動作を行うトランジスタ発振回路を実現することができる。

本発明によるトランジスタ発振回路の実施の形態に係るもので、トランジスタ発振回路の回路構成を示す回路図である。 既知のトランジスタ発振回路を示す回路図である。 電源電圧（Ｖｃ）の変動に対して発振用トランジスタのコレクタ−ベース間電圧及びコレクタ−エミッタ間電圧が変動する状態を示す特性図である。

符号の説明

１ 発振回路部
１ａ 共振回路接続端
１ｂ 発振信号出力端
１ｃ 電源接続端
２ 共振回路
２ａ 接続端
２ｂ 制御端
３ 発振用トランジスタ
４、５ 結合コンデンサ
６、７ 帰還コンデンサ
８ エミッタ負荷抵抗
９、１０ ベースバイアス抵抗
１１ バイパスコンデンサ
１２ 共振用インダクタ素子
１３ バラクタダイオード
１４ 直流阻止コンデンサ
５ チョークインダクタ

Claims (3)

1. エミッタがエミッタ負荷抵抗を介して接地点に接続され、ベースと接地点間に共振回路が接続され、コレクタが電源端子に接続された発振用トランジスタを有し、前記発振用トランジスタのベースとコレクタとの間及びベースとエミッタとの間にそれぞれベースバイアス抵抗が接続されていることを特徴とするトランジスタ発振回路。
2. 前記発振用トランジスタのコレクタを高周波的に接地したことを特徴とする請求項１に記載のトランジスタ発振回路。
3. 前記共振回路には、アノードが直流的に接続されたバラクタダイオードを設け、前記バラクタダイオードのカソードに制御電圧を印加したことを特徴とする請求項１もしくは２に記載のトランジスタ発振回路。

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