JP2008178040A

JP2008178040A - 発振器

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Publication number: JP2008178040A
Application number: JP2007011949A
Authority: JP
Inventors: Katsuaki Sakamoto; 克明坂元; Fumio Asamura; 文雄浅村
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2007-01-22
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-22
Also published as: JP5046371B2

Abstract

【課題】従来、発振周波数を選択するための負性抵抗の調整は製造段階で行うのみであって、経時変化に対応した調整は不可能であるという問題点があり、簡易な構成で、周波数選択特性を経時変化に応じて容易に調整することができる発振器を提供する。
【解決手段】発振回路の周波数を選択可能な帰還ループに、インダクタンスＬとバリキャップダイオードＣ３とを直列に接続した周波数選択回路１０を設け、バリキャップダイオードＣ３の容量を電気的に制御することにより、負性抵抗を調整する発振器である。
【選択図】図１

Description

本発明は、高周波用の水晶発振器に係り、特に発振回路における周波数を選択する周波数選択特性を容易に調整可能な発振器に関する。

［先行技術の説明］
周波数選択性を備えた発振器には、負性抵抗を調整して発振条件を制御し、振動子が発振する複数の周波数の候補の中から所望の周波数を選択するものがある。負性抵抗が大きいほど発振し易くなるため、負性抵抗の値が所望の発振周波数付近で大きく、且つ不要周波数付近では小さく（または正に）なるように調整することにより所望の周波数を選択することができるものである。

従来、発振回路部の帰還ループに負性抵抗として固定コンデンサと固定コイルを設け、周波数選択性を備えた発振器があった。
または、固定コンデンサの代わりに機械的な調整が可能なトリマコンデンサを用いた発振器もあった。

ところで、回路に用いられるアナログ素子には特性バラツキがあり、発振器の発振周波数が高周波になるほど、特性バラツキが発振状態に与える影響は大きくなる。
そのため、発振周波数のバラツキを防ぐために、負性抵抗による周波数選択の特性を調整して、適正な出力周波数を得ることが必要となる。高周波発振器においては、個々の発振器について負性抵抗の調整を行うようになっている。

［先行技術文献］
尚、周波数選択性回路を備えた発振器の共振器側の周波数調整に関する先行技術としては、特開平１０−００４３１５号公報（特許文献１）、特開２００１−２９８３２４号公報（特許文献２）、特開２００３−３３２８４１号公報（特許文献３）、特開２００４−３２０２３９号公報（特許文献４）がある。

特許文献１には、周波数選択性回路において、帰還ループを持ち、共振回路にバラクタダイオードを用いた構造が記載されている。
また、特許文献２には、発振回路において、共振回路にバラクタダイオードを用いて共振回路自身に帰還させる構造が記載されている。

特許文献３には、電圧制御発振回路において、帰還ループを持ち、周波数設定回路にバラクタダイオードを用いる構造が記載されている。
特許文献４には、周波数選択回路において、発振ループに配置されるＬＣ温度補償回路にバラクタダイオードを用いる構造が記載されている。

特開平１０−００４３１５号公報特開２００１−２９８３２４号公報特開２００３−３３２８４１号公報特開２００４−３２０２３９号公報

しかしながら、従来の発振器で負性抵抗を調整する場合、固定コンデンサと固定コイルといった固定定数の素子を用いた構成では、所望の発振条件を得るために素子自体を取り替えなければならず、調整作業が煩雑であるという問題点があった。
また、発振回路自体が経時変化（経年変化）により特性が変化すると最適な負性抵抗の値も変化するが、固定素子では経時変化に伴う負性抵抗の調整が不可能であるという問題点があった。

また、従来のトリマコンデンサを用いた構成では、発振器の製造時に機械的な調整を行って最適な負性抵抗値とすることは可能であるが、上記と同様に経時変化に対する調整はできないという問題点があった。
更に、トリマコンデンサそのものの特性が機械的な変動により変化して、発振器のエージング特性を劣化させる恐れがあるという問題点があった。

また、上記特許文献１〜４では、バラクタダイオードを用いてはいるが、発振回路の帰還ループに入れたものではなく、単に共振系の共振周波数をシフトさせるために利用しているにすぎず、複数の発振周波数の候補の中から周波数を選択するために利用するものではない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、簡易な構成で、経時変化に応じて周波数選択特性を容易に調整することができる発振器を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水晶振動子を用いた発振回路を備える発振器において、発振回路の周波数を選択可能な帰還ループに、負性抵抗の周波数依存性を電気的に調整可能な手段として、インダクタンスとキャパシタンスとから成る周波数選択回路を有し、当該キャパシタンスを、帰還ループに直列に接続して、可変容量ダイオードで構成したことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、可変容量ダイオードを、経年変化や封止前後の特性変化に対応して電気的に調整可能としたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器において、水晶振動子をＳＣカットの水晶振動子としたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器をコルピッツ型発振器に用いたことを特徴としている。

また、本発明は、上記発振器をベース接地型発振器に用いたことを特徴としている。

本発明によれば、水晶振動子を用いた発振回路を備える発振器において、発振回路の周波数を選択可能な帰還ループに、負性抵抗の周波数依存性を電気的に調整可能な手段として、インダクタンスとキャパシタンスとから成る周波数選択回路を有し、当該キャパシタンスを、帰還ループに直列に接続して、可変容量ダイオードで構成した発振器としているので、複数の発振周波数の候補の中から所望の周波数を選択できると共に、簡易な構成で、発振器の経年変化に応じて周波数選択特性を容易に調整することができる効果がある。

［発明の概要］
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態に係る発振器は、発振回路における周波数を選択可能な帰還ループにおいて、負性抵抗の周波数依存性を電気的に調整する手段として、帰還ループに、インダクタンスとキャパシタンスとが直列に接続されたＬＣ共振回路を備え、キャパシタンスを、容量可変のバリキャップダイオードで構成したものであり、複数の発振周波数の候補の中から所望の周波数を選択でき、更に、簡易な構成で周波数選択特性を容易に調整することができるものである。
尚、帰還ループのＬＣ共振回路にバリキャップダイオードを備えた構成は、特許文献１〜４には記載されていないものである。

［第１の実施の形態の構成：図１］
図１は本発明の第１の実施の形態に係る発振器（第１の発振器）に用いられる発振回路（第１の発振回路）の構成を簡易的に示す回路図である。
図１に示すように、第１の発振回路は、水晶振動子Ｘと、トランジスタＱ１と、固定コンデンサＣ１，Ｃ２とを備えたコルピッツ型の発振回路であって、帰還ループに周波数選択機能を持たせるための共振器（周波数選択回路）１０を備えている。周波数選択回路１０は、一端がトランジスタＱ１のエミッタに接続され、他端が固定コンデンサＣ１と固定コンデンサＣ２の中間点に接続されている。

周波数選択回路１０は、インダクタンスＬとバリキャップダイオードＣ３とが直列に接続された構成である。
バリキャップダイオードは、バラクタダイオード又は可変容量ダイオードとも呼ばれ、印加された逆方向電圧により容量が変化する特性を備えている。バリキャップダイオードＣ３の容量を調整することにより、負性抵抗の周波数依存性を調整し、発振回路の発振周波数を選択する周波数選択特性を調整することができるものである。

例えば、水晶振動子がＳＣカットやＩＴカットの場合、Ａモード、Ｂモード、Ｃモードでの発振があり得るが、ＡモードやＢモードは抑圧して、Ｃモードの発振を行わせるよう、周波数選択特性を調整する。

バリキャップダイオードを用いることにより、トリマコンデンサのような機械的な調整ではなく、電気的な制御によって容量を調整することができるものであり、出荷後であっても調整可能なため、発振器の経時変化にも対応した調整ができるものである。

特に、１００ＭＨｚ程度の高周波発振器においては、経時変化により種々の特性が変わりやすく、発振器の製造後に周波数選択特性を調整可能とすれば、経時変化に応じて調整でき、安定した発振周波数が得られ、発振器の信頼性を向上させることができるものである。

［第１の実施の形態の効果］
本発明の第１の実施の形態に係る発振器によれば、コルピッツ型の発振回路において、帰還ループに、インダクタンスＬとバリキャップダイオードＣ３とを直列に接続した周波数選択回路１０を設けて、バリキャップダイオードＣ３の容量を電気的に制御することにより負性抵抗を調整する発振器としているので、所望の発振周波数を選択できると共に、発振器の製造後であっても周波数選択特性を容易に調整することができ、経時変化や封止前の特性変化に対応した調整を行うことができる効果がある。

［第２の実施の形態：図２］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る発振器について図２を用いて説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係る発振器（第２の発振器）の構成を示す回路図である。
図２に示すように、第２の発振器は、ベース接地型の発振回路を用い、帰還ループ内に、周波数調整回路としてバリキャップダイオードＣ１０を設けたものである。

具体的には、第２の発振器は、図２に示すように、電源電圧Vccが印加されるＤＣ電源ラインが、トランジスタＱ１のコレクタＣに、インダクタ（コレクタ側共振用インダクタンス）Ｌ４と抵抗Ｒ１の直列接続を介して接続している。

そして、第２の発振器の特徴部分であるバリキャップダイオードＣ１０の一端が、インダクタンスＬ４と抵抗Ｒ１との間で接続され、他端はバッファ回路への出力端子（発振出力取り出し点）に接続している。

バリキャップダイオードＣ１０は、第１の発振器のバリキャップダイオードＣ３と同様のものであり、負性抵抗を調整して発振条件を制御する周波数選択回路として機能するものである。

バリキャップダイオードＣ１０と出力端子との間には、コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４が直列に接続され、コンデンサＣ１４の他端は接地されている。
また、トランジスタＱ１のエミッタには、抵抗Ｒ２の一端が接続し、他端が接地されている。そして、トランジスタＱ１のエミッタは、コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２が直列に接続され、コンデンサＣ１２の他端は接地されている。

コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４の間の点と、コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２の間の点が、水晶振動子ＸとインダクタＬ１を並列に接続した回路、バラクタ（ダイオードＤ１とダイオードＤ２を対向させて組み合わせた回路）を介して接続している。

コンデンサＣ１３とコンデンサＣ１４の間の点と、水晶振動子ＸとインダクタンスＬ３を並列に接続した回路との間には、インダクタンスＬ２の一端が接続し、他端が接地している。
コンデンサＣ１１とコンデンサＣ１２の間の点と、ダイオードＤ１のアノードとの間には、インダクタンスＬ３の一端が接続し、他端が接地している。

ダイオードＤ１とダイオードＤ２の間の点は、自動周波数制御（ＡＦＣ）の端子に接続している。
周波数選択回路としてのバリキャップダイオードＣ１０は、トランジスタＱ１のコレクタＣ側の共振回路の一部を形成するものとなっている。

［第２の実施の形態の効果］
本発明の第２の実施の形態に係る発振器によれば、ベース接地型の発振回路において、帰還ループに周波数選択回路としてのバリキャップダイオードＣ１０を挿入した構成としているので、バリキャップダイオードＣ１０の容量を電気的に制御することにより負性抵抗を調整して、所望の発振周波数を選択できると共に、発振器の製造後であっても周波数選択特性を容易に調整することができ、経時変化や封止前後の特性変化に対応した調整を行うことができる効果がある。

本発明は、発振回路における周波数を選択する周波数選択特性を容易に調整可能な発振器に適している。

本発明の第１の実施の形態に係る発振器（第１の発振器）に用いられる発振回路（第１の発振回路）の構成を簡易的に示す回路図である。本発明の第２の実施の形態に係る発振器（第２の発振器）の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０…周波数選択回路、Ｑ…トランジスタ、Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ、Ｃ３，Ｃ１０…バリキャップダイオード、Ｌ…インダクタンス

Claims

水晶振動子を用いた発振回路を備える発振器において、
前記発振回路の周波数を選択可能な帰還ループに、負性抵抗の周波数依存性を電気的に調整可能な手段として、インダクタンスとキャパシタンスとから成る周波数選択回路を有し、
前記キャパシタンスを、前記帰還ループに直列に接続して、可変容量ダイオードで構成したことを特徴とする発振器。
可変容量ダイオードは、経年変化や封止前後の特性変化に対応して電気的に調整可能としたことを特徴とする請求項１記載の発振器。
水晶振動子をＳＣカットの水晶振動子としたことを特徴とする請求項１又は２記載の発振器。
請求項１乃至３記載の発振器をコルピッツ型発振器に用いたことを特徴とする発振器。
請求項１乃至３記載の発振器をベース接地型発振器に用いたことを特徴とする発振器。