JP3617377B2 - 入力切替型増幅器及びそれを用いた周波数切替型発振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入力切替型増幅器及びそれを用いた周波数切替型発振器、特に異なる周波数の２つの信号をスイッチで切替えて増幅出力する入力切替型増幅器及びそれを用いた周波数切替型発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６に、従来の周波数切替型発振器１１を示す。なお、図６に示した周波数切替型発振器１１の基本的な考え方は、特開平１０−１２６１５２号公報に開示されている。
【０００３】
図６において、周波数切替型発振器１１は、入力切替型増幅器１０と第一及び第二の信号源５１、５２とを有する。入力切替型増幅器１０のトランジスタ２は増幅素子であり、トランジスタ２のベースは入力端子であり、エミッタは接地端子であり、コレクタは出力端子である。トランジスタ２のエミッタは、接地コンデンサ４００を介してＧＮＤに接続されている接地回路４０に接続される。トランジスタ２のベースは、接続点２４で第一及び第二の信号源５１、５２と接続されている。第一及び第二の信号源５１、５２からは、それぞれ第一及び第二の高周波信号ｓ１及びｓ２のいずれか一方のみが出力され、信号ｓ１又はｓ２は接続点２４を通りトランジスタ２のベースに入力される。接地回路４０の接地コンデンサ４００は、高周波の電流に対して十分に小さいインピーダンスとなるように設計されているため、トランジスタ２のベースに高周波の信号ｓ１又はｓ２が入力されたときトランジスタ２はエミッタ接地となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示した周波数切替型発振器１１によれば、例えば第一の信号源５１から出力された信号ｓ１は、その一部が第二の信号源５２に流れ込むため、トランジスタ２のベースに入力される信号のレベルが低下する。信号ｓ２についても同様に、トランジスタ２のベースに入力される信号のレベルが低下する。つまり、一方の信号源と他方の信号源が接続点２４で接続されているため、一方の信号源から出力された信号が他方の信号源に流れ込み、トランジスタ２のベースに入力される信号のレベルが低下する。トランジスタ２のベースに入力される信号のレベルが低下するとトランジスタ２のコレクタから出力される信号のレベルが低下するという問題が生じる。そして、トランジスタ２のコレクタから出力される信号のレベルが低下すると外部負荷に対する安定度を高くすることが困難になるという問題がある。
【０００５】
これを解決する方法として、信号源の接続点２４にトラップ回路、スイッチ回路等を設け、それぞれの周波数帯で整合を取ることにより、一方の信号源から出力された信号が他方の信号源に流れ込まないようにして増幅素子に入力される信号のレベルの低下を防ぐ方法がある。しかし、この方法では、第一に増幅素子に入力されるそれぞれの信号のレベルを両方とも低下させることなく、増幅素子に入力することが困難であるという問題がある。第二に、整合回路を加える分だけ部品数が増え、小型化が困難であるという問題がある。第三に、整合回路の設計に非常に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は、周波数の異なる２つの信号を、信号のレベルを低下させることなく増幅素子に入力することにより、信号のレベルの高い出力が得られる入力切替型増幅器を用いた周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、信号源の接続点にトラップ回路、スイッチ回路等の整合回路を設ける必要をなくすことにより、部品点数を減らし、小型化を容易にし、短時間で回路設計ができる切替型増幅器及びそれを用いた周波数切替型発振器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の周波数切替型発振器は、第一（エミッタ）及び第二（ベース）の入力端子と一つの出力端子（コレクタ）とを有する増幅素子（２）と、前記第二の入力端子（ベース）に接続され、前記第一の入力端子（エミッタ）に入力される信号の周波数に対し高周波的に接地できる第一の接地回路（３３）と、前記第一の入力端子（エミッタ）に接続され、前記第二の入力端子（ベース）に入力される信号の周波数に対し高周波的に接地できる第二の接地回路（４１）とを有する入力切替型増幅器（１）と、前記第一の入力端子（エミッタ）に接続された第一の信号源（５１）および前記第二の入力端子（ベース）に接続された第二の信号源（５２）とを備え、前記第一の接地回路（３３）はスイッチ手段（３３２）を有し、該スイッチ手段（３３２）は、前記第一の信号源（５１）を動作させる切替信号によって前記第一の接地回路（３３）が接地動作するように制御されることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の周波数切替型発振器は、前記第一の接地回路（３３）は、前記スイッチ手段（３３２）の一端（エミッタ）を前記第二の入力端子（ベース）に接続するとともに他端（コレクタ）をコンデンサ（３３３）を介して接地することによって構成されており、前記スイッチ手段（３３２）の一端（エミッタ）を抵抗（８４）を介して電源に接続するとともに他端（コレクタ）を前記第一の信号源（５１）に接続することによって、前記スイッチ手段（３３２）を導通して前記第一の接地回路（３３）を接地動作させるときに前記スイッチ手段（３３２）を介して前記第一の信号源（５１）に動作電流を供給することを特徴とする。なお、かっこ内に示した符号は図５に示した実施例に対応させている。
【００１３】
このように構成することにより、本発明の周波数切替型発振器は、周波数の異なる２つの信号について、信号がそれぞれ別の経路で増幅器に入力されるため、信号のレベルを低下させることなく信号を増幅素子に入力することができ、信号レベルの高い出力を得ることができる。
【００１４】
また、このように構成することにより、本発明の周波数切替型発振器は、信号の経路の接続点に整合回路を設ける必要がないので、部品点数が減り、小型化が容易になり、短時間で回路設計ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の周波数切替型発振器に用いる入力切替型増幅器の一実施例を示す。図１において、図６と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００１６】
図１において、入力切替型増幅器１は、トランジスタ２と第一及び第二の接地回路３、４とを有する。トランジスタ２の第一の入力端子であるエミッタには第二の接地回路４が接続され、トランジスタ２の第二の入力端子であるベースには第一の接地回路３が接続されている。なお、トランジスタ２のコレクタは出力端子である。
【００１７】
ここで、第一の接地回路３の内部構成の例を、図２及び図３を用いて説明する。なお、第二の接地回路４の構成については、第一の接地回路３と同様に説明できるので、説明は省略する。
【００１８】
第一の接地回路３の具体的な例を図２（ａ）に示す。図２（ａ）において、第一の接地回路３は、トランジスタ２の第二の入力端子であるベースに接続される端子３００とＧＮＤとの間にコンデンサ３０１を有する。コンデンサ３０１のインピーダンスは、端子３００から入力される電流Ｉ３の周波数によって変化する。一般的には、電流Ｉ３の周波数が高いときコンデンサ３０１のインピーダンスは小さく、電流Ｉ３の周波数が低いときコンデンサ３０１のインピーダンスは大きいので、第一の接地回路３の端子３００は、電流Ｉ３の周波数が十分に高いときは高周波的に接地、そうでないときは高周波的に非接地とみなせる。
【００１９】
また、コンデンサ３０１は通常、容量成分３０１ａと直列に寄生のインダクタンス成分３０１ｂを有し、インダクタンス成分３０１ｂと容量成分３０１ａとは自己共振する。そのため、コンデンサ３０１のインピーダンスは図２（ｂ）のように自己共振周波数ｆａ近傍で極めて小さくなるため、第一の接地回路３の端子３００は、電流Ｉ３の周波数が自己共振周波数ｆａ近傍となるとき高周波的に接地とみなすこともできる。
【００２０】
上記構成を有する第一の接地回路３の端子３００は電流Ｉ３の周波数によって高周波的に接地又は非接地とみなされるため、端子３００が接続されるトランジスタ２の第二の入力端子であるベースを接地端子又は非接地端子として利用できる。なお、上記構成を有する第一の接地回路３は、接地又は非接地の切替にスイッチ手段を必要としない。
【００２１】
次に、第一の接地回路の別の具体的な例を図３に示す。図３において、第一の接地回路３１は、トランジスタ２の第二の入力端子であるベースに接続される端子３１０とＧＮＤとの間にスイッチ手段３１２を有する。端子３１０から入力される電流Ｉ３１の周波数に対してインピーダンスが十分小さい接地コンデンサ３１３をスイッチ手段３１２と直列に接続することもできる。
【００２２】
上記構成を有する第一の接地回路３１は、スイッチ手段３１２がＯＦＦのとき非接地であり、スイッチ手段３１２がＯＮのとき高周波的に接地されるため、端子３１０が接続されるトランジスタ２の第二の入力端子であるベースを接地端子又は非接地端子として利用できる。
【００２３】
さて、図１に戻って、かかる構成を有する入力切替型増幅器１は、トランジスタ２のエミッタには、周波数がｆ１である信号ｓ１が入力され、トランジスタ２のベースには、周波数がｆ２である信号ｓ２が入力される。なお、信号ｓ１と信号ｓ２とは、いずれか一方のみがトランジスタ２に入力される。ここで、周波数がｆ１である電流に対して、第一の接地回路３は高周波的に接地できるように構成され、第二の接地回路４は高周波的に非接地にできるように構成されているので、トランジスタ２のエミッタに信号ｓ１が入力されたときトランジスタ２をベース接地にできる。同様に、周波数がｆ２である電流に対して、第一の接地回路３は高周波的に非接地にできるように構成され、第二の接地回路４は高周波的に接地できるように構成されているので、トランジスタ２のベースに信号ｓ２が入力されたときトランジスタ２をエミッタ接地にできる。
【００２４】
このように、上記構成を有する入力切替型増幅器１は、信号ｓ１とｓ２とがトランジスタ２のそれぞれ別の入力端子に入力されるため、信号がトランジスタ２の入力端子に入力される前に一方の信号が他方の信号の経路に入力されることがないので、トランジスタ２の入力端子に入力される信号のレベルが低下しない。
【００２５】
図４に本発明の周波数切替型発振器６の一実施例を示す。図４において、図１と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００２６】
図４において、周波数切替型発振器６は、入力切替型増幅器１とトランジスタ２の第一の入力端子であるエミッタに接続される第一の信号源５１と、トランジスタ２の第二の入力端子であるベースに接続される第二の信号源５２とを有する。
【００２７】
かかる構成を有する周波数切替型発振器６は、トランジスタ２のエミッタには第一の信号源５１から周波数がｆ１である信号ｓ１が入力され、トランジスタ２のベースには第二の信号源５２から周波数がｆ２である信号ｓ２が入力される。なお、信号ｓ１と信号ｓ２とは、いずれか一方のみがトランジスタ２に入力される。ここで、第一の接地回路３は周波数がｆ１である電流に対して高周波的に接地できるので、トランジスタ２のエミッタに信号ｓ１が入力されたときトランジスタ２をベース接地にできる。同様に、第二の接地回路４は周波数がｆ２である電流に対して高周波的に接地できるので、トランジスタ２のベースに信号ｓ２が入力されたときトランジスタ２をエミッタ接地にできる。
【００２８】
上記構成を有する周波数切替型発振器６は、第一の信号源５１と第二の信号源５２とがトランジスタ２のそれぞれ別の入力端子に接続されているため、一方の信号がトランジスタ２の入力端子に入力される前に他方の信号の信号源に入力されることがないので、トランジスタ２の入力端子に入力される前に信号のレベルが低下することがない。
【００２９】
図５に、図４に示した周波数切替型発振器の具体的な構成例を示す。図５において、図４と同一もしくは同等の部分には同じ記号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
図５において、周波数切替型発振器６１は、入力切替型増幅器１と第一及び第二の信号源５１、５２と切替信号入力端子９と出力回路８とを有する。トランジスタ２の第一の入力端子であるエミッタには、第二の接地回路４１と第一の信号源５１とが接続され、トランジスタ２の第二の入力端子であるベースには、第一の接地回路３３と第二の信号源５２とが接続されている。第一の信号源５１は共振回路５１０とトランジスタ５１１とを有して発振回路を構成しており、第二の接地回路４１は図２（ａ）に示した接地回路３と同様の構成でありコンデンサ４１１を有する。第二の信号源５２は共振回路５２０とトランジスタ５２１とスイッチ手段であるトランジスタ５２２とを有して発振回路を構成しており、第一の接地回路３３は図３に示した接地回路３１と同様の構成であり、スイッチ手段であるトランジスタ３３２と接地コンデンサ３３３とを有している。出力回路８は、トランジスタ２の出力端子２３から出力された信号を出力する端子８１と、バイアス電圧を供給する端子８２と、コンデンサ８５、８６と線路８３とからなる出力整合回路と、バイアス抵抗８４とを有する。
【００３１】
以下、第一の信号源５１からｆ１＝１ＧＨｚの周波数を持つ信号ｓ１，第二の信号源５２からｆ２＝２ＧＨｚの周波数を持つ信号ｓ２を出力したときの動作について示す。ここで、第二の接地回路４１は、周波数ｆ１＝１ＧＨｚを持つ電流に対してはコンデンサ４１１のインピーダンスが十分に大きいため、高周波的に接地とみなされず、周波数ｆ２＝２ＧＨｚを持つ電流に対してはコンデンサ４１１のインピーダンスが十分に小さいため、高周波的に接地とみなされる。なお、コンデンサ４１１の自己共振周波数を、ｆ２＝２ＧＨｚに略一致させることも可能である。また、第一の接地回路３３の接地コンデンサ３３３は、周波数ｆ１＝１ＧＨｚを持つ電流に対してインピーダンスが十分に小さいため、高周波的に接地とみなされる。
【００３２】
かかる周波数切替型発振器６１において、切替信号入力端子９にはＨレベルまたはＬレベルの切替信号電圧が印加され、スイッチ手段であるトランジスタ５２２又はトランジスタ３３２のいずれか一方がＯＮ状態となる。
【００３３】
まず、切替信号入力端子９にＨレベルの切替信号電圧が印加されると、トランジスタ３３２がＯＦＦ状態なので第一の接地回路３３は非接地状態になる。そして、第一の信号源５１は、トランジスタ５１１が非動作状態になり、トランジスタ５１１のコレクタからトランジスタ２のエミッタに信号ｓ１は入力されない。第二の信号源５２は、トランジスタ５２２がＯＮ状態になりトランジスタ５２１が動作状態になり、トランジスタ５２１のエミッタからトランジスタ２のベースに信号ｓ２を入力する。トランジスタ２のエミッタに接続された第二の接地回路４１は周波数ｆ２＝２ＧＨｚを持つ電流に対して高周波的に接地とみなされる。その結果、トランジスタ２はベース入力、エミッタ接地となり、第二の信号源５２から出力される信号ｓ２を増幅し出力する。
【００３４】
次に、切替信号入力端子９にＬレベルの切替信号電圧が印加されるとスイッチ手段であるトランジスタ３３２がＯＮ状態になり、第一の接地回路３３は接地状態になる。第一の信号源５１は、トランジスタ５１１が動作状態になりトランジスタ５１１のコレクタからトランジスタ２のエミッタに信号ｓ１を入力する。第二の信号源５２は、スイッチ手段であるトランジスタ５２２がＯＦＦ状態になりトランジスタ５２１が非動作状態になりトランジスタ５２１のエミッタからトランジスタ２のベースに信号ｓ２を入力しなくなる。トランジスタ２のエミッタに接続された第二の接地回路４１は周波数ｆ１＝１ＧＨｚを持つ電流に対して高周波的に非接地とみなされる。その結果、トランジスタ２はエミッタ入力、ベース接地となり、第一の信号源５１から出力される信号ｓ１を増幅し出力する。
【００３５】
このように本発明の周波数切替型発振器６１によれば、信号ｓ１、ｓ２はそれぞれ別の経路でトランジスタ２に入力されるため、信号のレベルを低下させることなく信号ｓ１、ｓ２をトランジスタ２に入力することができるので、信号のレベルの高い出力が得られる。また、信号のレベルの高い出力が得られるため、外部負荷に対する安定度を高くするために必要な出力整合回路の設計が容易となる。また、信号源の接続点にトラップ回路、スイッチ回路等の整合回路を設ける必要がないので、部品点数が減り、小型化が容易になり、短時間で回路設計ができるようになる。
【００３６】
以上、周波数切替型発振器について実施例を示す回路図で説明したが、入力切替型増幅器についても同様に説明できる。
【００３７】
なお、上記実施例では、ｆ１＝１ＧＨｚ，ｆ２＝２ＧＨｚという周波数の組合わせとしたが、これは単なる例示でありその他の周波数の組合わせでもよい。
【００３８】
また、入力切替型増幅器及び周波数切替型発振器の増幅素子としてＮＰＮトランジスタを用いて説明したが、ＰＮＰトランジスタ、ＦＥＴなどを用いてもよい。また、スイッチ手段であるトランジスタ３３２、トランジスタ５２２についても、別の種類のトランジスタ、ＦＥＴ、ダイオードなどを用いてもよい。さらに、第一又は第二の信号源５１、５２としては、周波数固定の発振器だけでなく電圧制御発振器などであっても構わないものである。また、入力切替型増幅器には、増幅率が一倍、又は一倍以下の入力切替型増幅器も含まれる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の周波数切替型発振器で用いる入力切替型増幅器は、周波数の異なる２つの信号について、２つの信号がそれぞれ別の経路で増幅素子に入力されているため、信号のレベルを低下させることなく２つの信号を増幅素子に入力することができ、信号のレベルの高い出力が得られる。
【００４０】
また、本発明の周波数切替型発振器で用いる入力切替型増幅器は、増幅素子の出力端子から信号のレベルの高い出力が得られるため、外部負荷に対する安定度を高くするために必要な出力整合回路の設計が容易である。
【００４１】
また、本発明の周波数切替型発振器で用いる入力切替型増幅器は、信号の経路の接続点にトラップ回路、スイッチ回路等の整合回路を設ける必要がないため、部品点数が減り、小型化が容易になり、短時間で回路設計ができるようになる。
【００４２】
そして、本発明の周波数切替型発振器で用いる入力切替型増幅器の接地回路によれば、信号の周波数により接地回路のコンデンサのインピーダンスが変わるため、接地回路が接続された増幅素子の入力端子を、スイッチ手段を用いることなく接地端子又は非接地端子として用いることができる。つまり、接地回路のコンデンサのインピーダンスが十分に小さいときは増幅素子の入力端子を接地端子として用いることができ、接地回路のコンデンサのインピーダンスが十分に大きいときは増幅素子の入力端子を非接地端子として用いることができる。
【００４３】
そして、上記入力切替型増幅器を用いた周波数切替型発振器も同様の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の周波数切替型発振器で用いる入力切替型増幅器の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の入力切替型増幅器の第一の接地回路の具体例を示す図であり、（ａ）はその回路図、（ｂ）はその特性を示す図である。
【図３】第一の接地回路の別の実施例を示す回路図である。
【図４】本発明の周波数切替型発振器の一実施例を示すブロック図である。
【図５】図３の周波数切替型発振器の具体的な構成例を示す回路図である。
【図６】従来の周波数切替型発振器を示すブロック図である。
【符号の説明】
１…入力切替型増幅器
２…増幅素子
２３…出力端子
３、３１、３３…第一の接地回路
４、４１…第二の接地回路
５１…第一の信号源
５２…第二の信号源
６、６１…周波数切替型発振器

Claims (2)

1. 第一及び第二の入力端子と一つの出力端子とを有する増幅素子と、前記第二の入力端子に接続され、前記第一の入力端子に入力される信号の周波数に対し高周波的に接地できる第一の接地回路と、前記第一の入力端子に接続され、前記第二の入力端子に入力される信号の周波数に対し高周波的に接地できる第二の接地回路とを有する入力切替型増幅器と、
   前記第一の入力端子に接続された第一の信号源および前記第二の入力端子に接続された第二の信号源とを備え、
   前記第一の接地回路はスイッチ手段を有し、該スイッチ手段は、前記第一の信号源を動作させる切替信号によって前記第一の接地回路が接地動作するように制御されることを特徴とする周波数切替型発振器。
2. 前記第一の接地回路は、前記スイッチ手段の一端を前記第二の入力端子に接続するとともに他端をコンデンサを介して接地することによって構成されており、
   前記スイッチ手段の一端を抵抗を介して電源に接続するとともに他端を前記第一の信号源に接続することによって、前記スイッチ手段を導通して前記第一の接地回路を接地動作させるときに前記スイッチ手段を介して前記第一の信号源に動作電流を供給することを特徴とする、請求項１に記載の周波数切替型発振器。

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