JP3156362B2 - 発振回路 - Google Patents

発振回路

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淳史 大原
強 丸岡
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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FM変調器に用いること
ができる発振回路であり、広発振帯域、高S/N比、低
二次歪化に適した発振回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】以下に従来の発振回路について説明す
る。図4は従来の発振回路の回路図である。
【0003】図4において、R1=R2=R3でカレント
ミラー回路のミラー比を1とすると、発振周波数fは、 f=Iin/(4C1ΔV) ……………………… (1) で表される。現在使用されている多くの発振回路で
(1)式に準じた関数により発振周波数fが得られる
が、図4のような回路ではとくに負荷抵抗R5,R6の両
端に現れる発振振幅ΔVをそのままエミッタホロワ回路
を介して出力増幅器に接続しているため回路の素子数が
少なくなるという利点があり、主に単一周波数の発振器
に用いられてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成でFM変調器として利用しようとするとき、二
次歪が問題となってくる。単一周波数発振の場合、発振
器の二次歪が悪くても低域通過フィルターを介してその
成分を減衰させる事が容易であるが、FM変調の場合帯
域の要請や干渉等の問題があり、後段での成分除去が困
難、あるいは効果的でない場合が多いからである。二次
歪をよくするためには出力増幅器への入力振幅Vaを小さ
くしてやればよいが、図4のような従来の回路では出力
増幅器への入力振幅Vaが(1)式のΔVに等しいから、
Vaを小さくするためにはΔVを小さくする必要がある。
(1)式において、ΔVを小さくして同様の周波数を得
るためにはIinを小さくする必要があるが、Iinをどんど
ん小さくしていくと、ついにはリミッタQ6,Q7がオン
しなくなり、単一周波数発振となる。すなわちΔVを小
さくすることにより発振周波数下限が高くなる。また発
振周波数下限付近では発振周波数の入力信号電流に対す
るリニアリティーが悪くなる。これを回避するには容量
1 を大きくすればよいことが(1)式よりわかるが、
容量C1 を大きくすると、半導体集積回路装置作製時に
おいて半導体チップの面積が大きくなり、半導体集積回
路化には不向きである。
【0005】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
でFM変調器に使用することのできる発振回路を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の発振回路は、ベース接地の第1,第2のトラ
ンジスタのエミッタに各々第3及び第4のトランジスタ
のコレクタを接続し、その第3と第4のトランジスタの
エミッタに各々第1及び第2の電流源を接続すると共に
エミッタ間に容量を接続し、第1,第2のトランジスタ
のコレクタは各々負荷抵抗、リミッタに接続されるとと
もにエミッタホロワ用の第5,第6のトランジスタを介
して各々第4,第3のトランジスタのベースに帰還させ
て発振器を構成し、その発振器の負荷抵抗を各々第1,
第2の抵抗及び第3,第4の抵抗に分割して第1と第2
の抵抗の間、第3と第4の抵抗の間を、各々エミッタホ
ロワ用の第7,第8のトランジスタのベースに接続し、
第7,第8のトランジスタのエミッタを出力増幅器に接
続する構成を有している。
【0007】
【作用】この構成によって、広発振帯域、高S/N比、
低二次歪のFM変調器に適した発振回路を提供すること
ができる。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。
【0009】図1は本発明の一実施例における発振回路
の回路図を示すものである。図1において、図4の従来
例と同一番号を付しているものはそれぞれ図4のそれに
対応している。但し、 V1’+V2’+ΔV=Vcc ……………………… (2) R5a+R5b=R6a+R6b=R5=R6=R …………………… (3) R5a=R6a,R5b=R6b ……………………… (4) の関係が成り立つ。またQ15〜Q17のコレクタにつく容
量の総和Cj以外の浮遊容量に関しては記載を省略して
いる。
【0010】図1においてベース接地のトランジスタQ
21,Q22のエミッタに各々トランジスタQ4,Q5のコレ
クタを接続し、そのQ4とQ5のトランジスタのエミッタ
に各々入力信号Iinを受けるトランジスタQ1にカレン
トミラー接続されたトランジスタQ2,Q3の各コレクタ
をエミッタ間に容量C1を接続し、トランジスタQ21
22のコレクタは各々負荷抵抗R5a+R5bおよびR6a
6b、リミッタ用のトランジスタQ6,Q7に接続される
とともにエミッタホロワ用のトランジスタQ19,Q23
介して各々トランジスタQ4,Q5のベースに帰還させて
発振器を構成し、その発振器の負荷抵抗を構成する抵抗
5a,R5bおよびR6a,R6bの間を、各々エミッタホロ
ワ用のトランジスタQ11,Q12のベースに接続し、その
トランジスタのエミッタQ11,Q12を出力増幅器に接続
する構成を有している。
【0011】以上のように構成された本実施例の発振回
路について図2を用いながら以下その動作を説明する。
図2において、縦軸は(a)トランジスタQ6のエミッ
タ電位V6E、(b)トランジスタQ7のエミッタ電位V
7E、(c)トランジスタQ4のエミッタ電位V4E
(d)トランジスタQ5のエミッタ電位V5E、まず図1
に於てIin より入力された信号電流はカレントミラー回
路によりQ6およびQ7のコレクタ電流として伝播され
る。簡単のためオンしているトランジスタのベース、エ
ミッタ間の電位差を一定値Vbeと近似し、初期状態をQ
4がオフ、Q5がオンの状態として考えると、Q5のベー
ス電位はVcc−3Vbe、エミッタ電位は Vcc−4Vbe
となりこの状態を維持している。Q4のベース電位はV
cc−3Vbe−ΔVで表わされ、Q4のエミッタ電位V4E
はC1の電荷のQ6のコレクタ電流による放電、すなわち
Iinによる放電により降下し、V4E=Vcc−4Vbe−Δ
Vになった時、Q4がオンしQ5がオフする。このときQ
5のコレクタに電流が流れなくなり、V2E,V4B,V4E
がΔVだけ上昇し、C1により電荷の保持されているV
5Eも理想的にはΔVだけ上昇し、Vcc−3Vbe+ΔVと
なる。このあとV5EはQ7のコレクタ電流による放電に
より降下し、V5E=Vcc−3Vbe−ΔVまで降下したと
き、再びQ5がオンし、Q4がオフして以下この動作を繰
り返す。この時の降下時間T1は T1 =C1×{(Vcc−3Vbe+ΔV)−(Vcc−3Vbe−ΔV)}/Iin =2×C1×ΔV/Iin ……………………… (5) で表わされる。また、図2に示されるようにV2Eおよび
1Eの周波数fは f=1/(2×T1)=Iin/(4×C1×ΔV) ……… (6) で表わされ、これが変調後の周波数となる。
【0012】矩形波の二次歪の悪化はデューティのずれ
が原因であるのは周知の事実である。実際にはV6E,V
7Eの波形は浮遊容量等の影響により図2に示されるよう
な正確な矩形波にはならず、Q19〜Q24のトランジスタ
を挿入したのもこの影響を低減させるためであるが、基
本的に出力増幅器までは回路が対称であるので、対称な
特性を持つ素子を用いれば二次歪の悪化は防げるはずで
ある。
【0013】いま、この矩形波がエミッタホロワ回路を
通った後のデューティのずれを検討するため、図1にお
けるトランジスタQ15のベース電位V15B、トランジス
タQ1 6のベース電位V16Bの立ち上がり、立ち下がり時
間を微小な有限値と考え、図2におけるt=t1±Δt1
(Δt1<t1)の領域でのV15B、V16B、トランジスタ
15およびQ16のエミッタ電位V15Eを図3に示す。図
1(a)の実線はV15B、一点鎖線はV16Bの時間変化を
示し、(b)の実線は浮遊容量Cjの影響を考慮した場
合のV15Eの時間変化、破線は理想的な場合のV15Eの時
間変化を示す。図3においてV15BとV16Bのクロス直後
はQ16によりCjが瞬時に充電されるので、V15Eの立ち
上がり時間も微小であるが、クロス直前はVa/2,Q17
コレクタ電流I17、浮遊容量Cjによる時定数CjVa/2I
17の遅れを持ち、このV15Eの立ち下がりの遅れが二次
歪の原因となっている。すなわちVaが大きいほど二次歪
が悪くなるわけである。
【0014】そこで本発明では、図4におけるR5およ
びR6をそれぞれR5a+R5b,R6a+R6bに分割し、出
力増幅器への入力振幅Vaを、 Va=ΔV*R5b/(R5a+R5b)=ΔV*R6b/(R6a+R6b)…(7) に減衰させて上述の歪の影響を低減させている。このと
き(1)式において十分な発振周波数のリニアリティー
が得られる最小入力信号電流をIin(min)、動作下限周波
数をf(min)とすると、 f(min)=Iin(min)/(4C1ΔV) ……………………… (8) の関係が成り立つので、動作下限周波数f(min)はΔV
が小さくなると高くなるが、ΔVを動作周波数帯域の十
分得られるよう設定することができる。また、同条件下
で負荷抵抗Rを小さくしていくと一般にS/Nが悪くな
るが、この回路形式ではS/Nが悪くならないように
R,ΔVを十分大きく設定することができ、かつ、
5a:R5b=R6a:R6bの比によってVaを二次歪が十分
低減するよう設定することができる。
【0015】
【発明の効果】以上のように本発明は回路の発振部の負
荷抵抗を分割して出力増幅器への入力振幅を減衰させて
いることにより、広発振帯域、高S/N比、低二次歪の
FM変調器を実現することができる優れた発振回路を実
現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における発振回路の回路図
【図2】図1の実施例の動作説明のための波形図
【図3】図1の実施例の動作説明のための波形図
【図4】従来の発振回路の回路図
【符号の説明】
1〜Q24 トランジスタ R1〜R17,R5a,R5b,R6a,R6b 抵抗 C1 容量 Cj 浮遊容量 I1 定電流源 Iin 入力信号電流 Vcc 電源電圧 V1,V1’,V2’,ΔV 定電圧源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 3/282 H03K 3/0231 H03B 5/20 H03C 3/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ベース接地の第1,第2のトランジスタの
    エミッタに各々第3及び第4のトランジスタのコレクタ
    を接続し、その第3と第4のトランジスタのエミッタに
    各々第1及び第2の電流源を接続すると共にエミッタ間
    に容量を接続し、第1,第2のトランジスタのコレクタ
    は各々負荷抵抗、リミッタに接続されるとともにエミッ
    タホロワ用の第5,第6のトランジスタを介して各々第
    4,第3のトランジスタのベースに帰還させて発振器を
    構成し、その発振器の負荷抵抗を各々第1,第2の抵抗
    及び第3,第4の抵抗に分割して第1と第2の抵抗の
    間、第3と第4の抵抗の間を、各々エミッタホロワ用の
    第7,第8のトランジスタのベースに接続し、第7,第
    8のトランジスタのエミッタを出力増幅器に接続する構
    成を持つことを特徴とする発振回路。
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