JP2591380B2 - 発振器 - Google Patents

発振器

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JP2591380B2
JP2591380B2 JP24479691A JP24479691A JP2591380B2 JP 2591380 B2 JP2591380 B2 JP 2591380B2 JP 24479691 A JP24479691 A JP 24479691A JP 24479691 A JP24479691 A JP 24479691A JP 2591380 B2 JP2591380 B2 JP 2591380B2
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秀之 内田
栄一 掛川
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は例えば携帯電話、衛星通
信の如く高周波信号を用いる通信システムに適用するの
に好適な発振器に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5はこの種の従来の発振器の要部回路
図である。この発振器はコルピッツ発振回路OSとこれが
出力する発振信号を増幅するバッファ回路BCとにより構
成されている。
【0003】発振回路OSにおいて、電源端子VCCはコン
デンサC3 を介して接地されており、また発振用トラン
ジスタTR1 のコレクタと接続されている。トランジスタ
TR1 のベースはコンデンサC1 とC2 との直列回路を介
して接地されており、この直列回路にはコイルL1 が並
列接続されている。トランジスタTR1 のエミッタは抵抗
1 を介して接地され、またコンデンサC1 とC2 との
接続部と接続されている。トランジスタTR1 のエミッタ
は、また結合コンデンサC4 を介して、バッファ回路BC
のバッファ用トランジスタTR2 のベースと接続されてい
る。
【0004】バッファ回路BCにおいて、電源端子VCC
コンデンサC6 を介して接地されており、またコイルL
2 を介してバッファ用トランジスタTR2 のコレクタと接
続されている。トランジスタTR2 のエミッタは抵抗R2
とコンデンサC5 との並列回路を介して接地されてい
る。トランジスタTR2 のコレクタはコンデンサC7 を介
して出力端子t0 と接続されている。
【0005】次にこの発振器の動作を説明する。発振回
路OSのタンク回路を構成しているコイルL1 とコンデン
サC1 とC2 とによる共振電圧がトランジスタTR1 のベ
ースに与えられて、ベース電流が流れるとトランジスタ
TR1 にコレクタ電流が流れる。そしてエミッタ電流がコ
ンデンサC1 とC2 との接続部に正帰還し、それによっ
てコイルL1 とコンデンサC1 とC2 とからなるタンク
回路の発振動作が継続する。また共振電流に応じて変化
するトランジスタTR1 の出力電流は、結合コンデンサC
4 を介してバッファ回路BCのトランジスタTR2 のベース
に流れる。トランジスタTR2 はその入力電流を増幅し、
増幅した電流をコンデンサC7 を介して出力端子t0
出力する。
【0006】図6は特開昭63-209306 号公報に示されて
いる発振器の要部回路図である。この発振回路OSのトラ
ンジスタTR1 のベースはコイルL1 を介して接地されて
おり、コイルL1 にはコンデンサC1 とC2 との直列回
路が並列接続されている。トランジスタTR1 のエミッタ
は抵抗R1 を介して接地されており、またコンデンサC
1 とC2 との接続部と接続されている。トランジスタTR
1 のコレクタはコンデンサC3 を介して接地されてい
る。
【0007】そしてトランジスタTR1 のコレクタはバッ
ファ回路BCのトランジスタTR2 のエミッタと接続され、
トランジスタTR1 のエミッタは結合コンデンサC4 を介
してトランジスタTR2 のベースと接続され、トランジス
タTR1 とTR2 とがカスケード接続されている。
【0008】バッファ回路BCのトランジスタTR2 のエミ
ッタは、コンデンサC5 を介して接地されている。その
コレクタはコイルL2 を介して電源端子VCCと接続さ
れ、またコンデンサC7 を介して出力端子t0 と接続さ
れている。電源端子VCCはコンデンサC6 を介して接地
されている。この発振器も前者の発振器と同様に発振動
作し、また発振回路の出力電流を増幅する。しかしこの
発振器は電源端子VCCからトランジスタTR2 を通って流
れる電流がトランジスタTR1 に共通に流れる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述した従来の発振器
は、バッファ回路のトランジスタのコレクタ容量の影響
によって、発振周波数が高い程、負荷の変動に対して発
振周波数等の電気特性が大きく変動する。また、バッフ
ァ回路の利得を高めるとミラー効果により、前述した傾
向がより大きくなる。そのため、負荷変動による電気特
性の変動を少なくし、利得を高めるために、バッファ用
トランジスタのコレクタ側に別のトランジスタをカスケ
ード接続すればよいが、そうすると付加したトランジス
タとともに、そのトランジスタに関連する回路部品を付
加しなければならず、それによって部品点数が増加して
発振器がコストアップし大型化する。また、発振器のQ
の低下及び負荷変動を大きくしないために、発振回路と
バッファ回路とを結合する結合コンデンサの容量を大き
くできず、それによって消費電力との関係で発振器の発
振出力が制限される。
【0010】更に前述した前者の発振器では、電源端子
から発振回路及びバッファ回路のトランジスタに各別に
電流を流すために消費電流が多くなるという問題があ
る。本発明は斯かる問題に鑑みてなされたものであり、
負荷変動により電気特性が変動せず、また発振出力が制
限されることがなく、更に発振周波数帯域が広く、更に
消費電力が小さく、更にまた少ない回路部品数で構成し
得る発振器を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】第1発明の発振器は、発
振回路において発生させた発振信号をバッファ回路を介
して出力させる発振器において、前記発振回路のトラン
ジスタ及び前記バッファ回路のトランジスタのベースを
ともに接地しており、両トランジスタをインピーダンス
変換器を介してカスケード接続してあることを特徴とす
る。
【0012】第2発明の発振器は、発振回路において発
生させた発振信号をバッファ回路を介して出力させる発
振器において、前記発振回路のトランジスタは、ベース
を交流的に接地し、コレクタを出力部とし、前記バッフ
ァ回路のトランジスタは、ベースを交流的に接地し、エ
ミッタを入力部、コレクタを出力部とし、前記発振回路
のトランジスタと前記バッファ回路のトランジスタとを
インピーダンス変換器を介してカスケード接続してある
ことを特徴とする。
【0013】
【作用】ベースを接地してある発振回路のトランジスタ
にタンク回路によって生じる共振電流が入力されると出
力電流が流れて、その出力電流がタンク回路に正帰還し
てタンク回路の発振が継続する。発振回路のトランジス
タに流れた出力電流がバッファ回路のトランジスタに流
れて、バッファ回路のトランジスタは発振回路のトラン
ジスタの出力信号を増幅する。またバッファ回路のトラ
ンジスタのベースを接地したことにより、その入力側か
ら出力側を見た場合のトランジスタの内部インピーダン
スは高インピーダンスになる。
【0014】バッファ回路のトランジスタに注目する
と、ベースを接地しているから、エミッタから見た入力
インピーダンスは低いのであるが、インピーダンス変換
器の存在のためにバッファ回路の入力インピーダンスが
高くなされ、またエミッタから見たコレクタは高インピ
ーダンスであるから、発振停止のおそれが無いことは勿
論、バッファ回路の負荷が変動しても電気特性が変動し
にくい。また両トランジスタをコンデンサ結合しないた
め発振出力の制限をうけない。更にトランジスタの電流
が共通し消費電流が低減する。
【0015】
【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面によって
詳述する。図1は本発明に係る発振器の要部回路図であ
る。この発振器は例えばコルピッツ発振回路OSとバッフ
ァ回路BCとからなっている。発振回路OSの発振用トラン
ジスタTR1 はコンデンサC3 を介してベース接地されて
おり、エミッタはコンデンサC1 と抵抗R1 との並列回
路を介して接地されている。そのエミッタとコレクタと
の間にはコンデンサC2 を介装させている。
【0016】コレクタはコイルL1 を介して接地されて
おり、インピーダンス変換器たるコイルL2 を介してバ
ッファ回路BCのバッファ用トランジスタTR2 のエミッタ
と接続されている。バッファ用トランジスタTR2 はコン
デンサC4 を介してベース接地されており、コレクタは
コイルL3 を介して電源端子VCCと接続され、またコン
デンサC5 を介して出力端子t0 と接続されている。電
源端子VCCはコンデンサC6 を介して接地されている。
【0017】次にこの発振器の発振動作を説明する。発
振回路OSにおけるコイルL1 とコンデンサC1 ,C2
によるタンク回路(共振回路)の共振電圧がトランジス
タTR1 のエミッタに与えられて、トランジスタTR1 にベ
ース電流が流れると、コレクタ電流がコイルL1 に流れ
る電流を変化させ、コイルL1 に逆起電圧が生じる。そ
の逆起電圧がタンク回路に充電電流を流し、コンデンサ
1 に電荷が溜まりエミッタ電圧となり、前述した動作
が継続する。それによりコイルL1 とコンデンサC1
2 とからなるタンク回路の発振動作が継続する。
【0018】トランジスタTR1 のコレクタ電圧はバッフ
ァ回路BCの入力電圧となり、トランジスタTR2 のエミッ
タ,ベース間に入力され、エミッタ電圧の変化に応じベ
ース電流が流れコレクタ電流が流れる。また両トランジ
スタTR1 ,TR2 はカスケード接続されていることよりト
ランジスタTR2 のコレクタ電流はトランジスタTR1 のコ
レクタ電流にほぼ一致する。トランジスタTR2 のコレク
タ電流に応じてコレクタ電圧が変化し、それによって出
力端子t0の電圧が変化する。即ち、出力端子t0 に得
られる電圧の振幅はトランジスタTR2 のコレクタ電圧に
依存し、また電流の振幅はトランジスタTR1 のコレクタ
電流に依存して、それらにより発振出力が決まることに
なる。
【0019】ここでトランジスタTR1 ,TR2 の間に挿入
されるコイルL2 はトランジスタTR2 のエミッタからみ
た低入力インピーダンスを高入力インピーダンスに変換
し、発振状態に悪影響を与えないようにする。以下イン
ピーダンス変換器であるコイルL2 の働きについて説明
する。発振回路OSは共振素子であるコイルL1 とその他
の回路に大別でき、コイルL1 はインピーダンスzlの負
荷、その他の回路は正帰還回路を含めて電力発生源、つ
まりインピーダンスzdの負性抵抗とみなすことができ
る。負性抵抗zdで発生する負性抵抗電力を負荷zlで消費
する関係、つまり、−zd≧zlが維持されると発振が継続
する。
【0020】このような発振回路OSの出力側に低インピ
ーダンスのバッファ回路を接続すると負性抵抗電力が減
少し、発振が停止するが、この発明ではコイルL2 をバ
ッファ回路BC入力段に設けることで高インピーダンス化
し、バッファ回路BCを含む合計の負性抵抗zd′につき−
zd′≧zlの状態を維持するようにしている。
【0021】図2はバッファ回路BCの入力インピーダン
ス変換状態を50Ωで正規化して表したスミスチャートで
ある。図1に示すバッファ回路BCからコイルL2 を除い
た状態での入力インピーダンスが点Aで表わされてい
る。コイルL2 を設けることでその値により位相が回転
し、点Bに至る。本願発明者の実験によればバッファ回
路BCの入力インピーダンスがハッチングを付した領域C
内にあるようにコイルL 2 の抵抗、インダクタンスの値
を選定することで安定した発振が継続されることが判明
した。
【0022】一方この発振器はトランジスタTR1 及びト
ランジスタTR2 に共通の電流が流れるから消費電流が低
減する。またトランジスタTR1 とTR2 との間に結合コン
デンサを介装させていないため、トランジスタTR2 のエ
ミッタ電流が抑制されることがなく大きい発振出力が得
られる。
【0023】更にトランジスタTR2 をベース接地してい
るためトランジスタTR2 のコレクタ容量の影響が生じ
ず、また前述のようにトランジスタTR2 のエミッタから
みたインピーダンスをコイルL2 で高インピーダンス化
し、更にエミッタ−コレクタ間は高インピーダンスにな
っており、これらによってバッファ回路BCの負荷が変動
しても発振周波数等の電気特性の変動が少ない。
【0024】更にまたトランジスタTR1 ,TR2 がともに
ベース接地されているから、夫々のトランジスタTR1 ,
TR2のコレクタ容量の影響が生じず、所定の利得が得ら
れる発振周波数帯域が拡大する。つまり、通常のエミッ
タ接地の場合には、ベースの位相とコレクタの位相とは
180°ズレており、コレクタ容量の影響により、エミッ
タ電流が減衰して出力が減衰するが、本発明によれば発
振回路及びバッファ回路BCの両トランジスタTR1 及びTR
2 のコレクタ容量の影響が生じないために、所定利得を
得る発振周波数帯域が拡大することになる。
【0025】またバッファ回路BCのトランジスタTR2
コレクタ側に他のトランジスタをカスケード接続しない
から、回路部品数が増加することがなく、発振器の小
型、軽量化が図れる。
【0026】図3は前述した発振器を用いた電圧制御発
振器の一例を示す実回路図である。発振周波数を制御す
る電圧たるチューニング電圧を与えるチューニング電圧
端子VT は、コンデンサC6 を介して接地されており、
またコイルL4 と可変容量ダイオードVDとの直列回路を
介して接地されている。コイルL4 と可変容量ダイオー
ドVDとの接続部は、コンデンサC5 とC3 との直列回路
を介して発振用トランジスタTR1 のコレクタと接続され
ている。
【0027】コンデンサC5 とコンデンサC3 との接続
部はコイルL1 を介して接地されている。トランジスタ
TR1 のベースは抵抗R2 とコンデンサC4 との並列回路
を介して接地され、また抵抗R3 を介してバッファ回路
BCのトランジスタTR2 のベースと接続されている。
【0028】トランジスタTR1 のエミッタは抵抗R1
コンデンサC1 との並列回路を介して接地されており、
コレクタ、エミッタ間にはコンデンサC2 を介装させて
いる。トランジスタTR1 のコレクタはコイルL2 を介し
てトランジスタTR2 のエミッタと接続されている。トラ
ンジスタTR2 のベースはコンデンサC7 を介して接地さ
れ、そのコレクタはコンデンサC9 を介して出力端子t
0 と接続されている。トランジスタTR2 のコレクタは、
コイルL3 を介して電源端子VCCと接続され、電源端子
CCは抵抗R4 を介してトランジスタTR2 のベースと接
続され、またコンデンサC8 を介して接地されている。
【0029】この電圧制御発振器は、発振回路OSのトラ
ンジスタTR1 及びバッファ回路BCのトランジスタTR2
ともにベース接地され、両トランジスタがカスケード接
続されている。また発振回路OSはトランジスタTR1 と、
コンデンサC1 ,C2,C3 と、コイルL1 とによるク
ラップ発振回路を用いている。
【0030】そして電源端子VCCに5Vの電源を接続し
てこの発振器を動作させたところ、発振周波数を1500MH
z にすると、発振出力を0dBm に調整した場合には、本
発振器の消費電流は6mAになった。そして図5に示した
従来の発振器の消費電流は電源電圧7Vで出力電流は20
mAであり、それに比べれば大幅に減少することが確認で
き、また“50Ω基準、VSWR(電圧定在波比)=2.0 全位
相”の条件において、周波数負荷変動ΔfはΔf=2MH
z がΔf=350kHzになることが実験により確認できた。
【0031】図4は本発明の他の電圧制御発振器の実施
例を示している。この実施例は両トランジスタTR1 ,TR
2 のベース電圧の与え方が図3の実施例と相異してい
る。即ちトランジスタTR1 には電源電圧を抵抗R30とR
20とで分圧して与え、トランジスタTR2 には電源電圧を
抵抗R40とR50とで分圧して与えている。他の構成,動
作は図3のものと同様であるので同符号を付して説明を
省略する。なお本実施例では発振器にコルピッツ発振回
路及びクラップ発振回路を用いたが、ハートレー発振回
路、ランプキン発振回路又は誘導結合発振回路を用いて
もよい。また本明細書及び図面ではコイルL1 ,L2
3 を用いて表現したが、マイクロストリップライン等
の分布定数型誘導性素子を用いてもよい。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明によれば負荷変動を
抑制して電気特性を安定にし、また大きな発振出力を得
ることができると共に、消費電流(電力)を抑制するこ
とができる。また発振周波数帯域を広くとることができ
る。更に部品点数を少なくして小型化できるなど、本発
明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の発振器の回路図である。
【図2】本発明のインピーダンス変換器の選定のための
スミスチャートである。
【図3】本発明の発振器の回路図である。
【図4】本発明の発振器の回路図である。
【図5】従来の発振器の回路図である。
【図6】従来の発振器の回路図である。
【符号の説明】
TR1 ,TR2 トランジスタ L1 ,L2 ,L3 コイル C1 ,C2 ,C3 コンデンサ OS 発振回路 BC バッファ回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発振回路において発生させた発振信号を
    バッファ回路を介して出力させる発振器において、前記
    発振回路のトランジスタ及び前記バッファ回路のトラン
    ジスタのベースをともに接地しており、両トランジスタ
    をインピーダンス変換器を介してカスケード接続してあ
    ることを特徴とする発振器。
  2. 【請求項2】 発振回路において発生させた発振信号を
    バッファ回路を介して出力させる発振器において、前記
    発振回路のトランジスタは、ベースを交流的に接地し、
    コレクタを出力部とし、前記バッファ回路のトランジス
    タは、ベースを交流的に接地し、エミッタを入力部、コ
    レクタを出力部とし、前記発振回路のトランジスタと前
    記バッファ回路のトランジスタとをインピーダンス変換
    器を介してカスケード接続してあることを特徴とする発
    振器。
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