JP3744780B2 - Oscillator circuit - Google Patents

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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンデンサへの充放電を利用して所定周波数の発振信号を得る発振回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、デジタル処理回路などにおいて、各種の発振回路が利用されている。このような発振回路の中で、入力電圧値に応じて発振周波数が制御される電圧制御発振回路があり、PLL(フェーズ・ロック・ループ)回路等に利用されている。
【0003】
図3は、従来の電圧制御発振回路の一例を示す図である。NPN型の差動トランジスタQ1,Q2は、そのエミッタ同士が接続され、そのエミッタは定電流源I0を介し、グランドに接続されている。トランジスタQ2のコレクタは、PNPトランジスタQ3のコレクタに接続され、このトランジスタQ3のエミッタは電源V1に接続されている。また、トランジスタQ3は、そのベースコレクタ間がショートされている。トランジスタQ3のベースにはPNPトランジスタQ4のベースが接続され、トランジスタQ4のエミッタは電源V1に接続されている。従って、トランジスタQ3,Q4はカレントミラーを構成している。
【0004】
エミッタが電源V1に接続され、常時オンのPNPトランジスタQ5のコレクタは、抵抗R1,R2,R3を介し、グランドに接続されている。そこで、抵抗R1,R2,R3の中間点に分圧された電圧が得られる。抵抗R1,R2の中間点は、トランジスタQ4のコレクタが接続されており、抵抗R2,R3の中間点であるA点は、トランジスタQ2のベースに接続されている。
【0005】
トランジスタQ2がオンすると、その電流がトランジスタQ3,Q4に流れ、さらに抵抗R2,R3に流れる。従って、トランジスタQ2のベースは、トランジスタQ2のオンのときとオフの時とで電圧値が変わる。
【0006】
すなわち、トランジスタQ2がオフの時のA点電圧VLは、
VL=(V1−VsatQ5)*R3/(R1+R2+R3)
トランジスタQ2がオン時のA点電圧VHは、
VH=(V1−VsatQ4)*R3/(R2+R3)
となる。
【0007】
また、トランジスタQ1のコレクタには、ベースコレクタがショートしたPNPトランジスタQ6のコレクタに接続され、トランジスタQ6のエミッタは電源V1に接続されている。また、トランジスタQ6のベースにはPNPトランジスタQ7のベースが接続され、トランジスタQ7のエミッタは電源V1に接続されている。従って、トランジスタQ6,Q7はカレントミラーを構成する。
【0008】
トランジスタQ7のコレクタは、PNPトランジスタQ8のベースに接続されており、トランジスタQ8のエミッタは電源V1に接続され、コレクタは抵抗R0およびコンデンサC1を介し、グランドに接続されている。そして、トランジスタQ8のコレクタと抵抗R0およびコンデンサC1の接続点であるB点がトランジスタQ1のベースに接続されている。
【0009】
また、トランジスタQ7のコレクタおよびトランジスタQ8のベースは、トランジスタQ3,Q4のベースと接続されているとともにPNPトランジスタQ9のベースに接続されている。トランジスタQ9のエミッタは電源V1に接続され、トランジスタQ9のコレクタは抵抗R4を介しグランドに接続されている。そして、トランジスタQ9のコレクタと抵抗R2の中間点から出力が取り出される。
【0010】
従って、トランジスタQ2がオンのときに、その電流がトランジスタQ3に流れ、従って、トランジスタQ4,Q8,Q9に同一の電流が流れる。一方、トランジスタQ1がオンのときに、その電流がトランジスタQ6に流れ、トランジスタQ7がオンすることで、トランジスタQ8,Q9がオフする。
【0011】
出力電圧は、トランジスタQ9がオンすることで、抵抗R4による電圧降下分に対応してHとなり、トランジスタQ9がオフすることでLとなる。
【0012】
ここで、(i)電源を投入すると、そのときB点電位VBは、抵抗R0によりグランドに接続されているため、0Vである。一方、トランジスタQ5が常時オンであるため、A点電位は、抵抗R3における電圧分だけ0Vより高く、従ってトランジスタQ2がオンし、トランジスタQ1がオフする。(ii)トランジスタQ2のオンによって、トランジスタQ3,Q4,Q8,Q9がオンする。これによって、トランジスタQ8のオンによって、コンデンサC1に対する充電が開始される。同時にA点の電位VAは、VHに設定される。さらに、トランジスタQ9がオンすることで出力がHになる。
【0013】
(iii)コンデンサC1への充電によりB点電圧VBが徐々に上昇する。(iv)そして、コンデンサC1の充電により、電位VBがVHに達すると、トランジスタQ1,Q6,Q7がオンし、これによって、トランジスタQ2,Q3,Q4,Q8,Q9がオフし、コンデンサC1への充電が停止し、出力がLになる。(v)これによって、コンデンサC1は、抵抗R0を介し放電され、電圧VBが徐々に低下する。(vi)そして、電圧VBがVLに達し、B点電圧VBよりA点電圧VAより低くなると、トランジスタQ2がオンし、トランジスタQ1がオフし、上述の(ii)の状態に戻る。
【0014】
これによって、(ii)〜(vi)の状態を繰り返し回路が発振し、出力に発振信号が得られる。すなわち、図4に示すように、電圧VBは、(ii)→(iv)でVLからVHに上昇し、(iv)→(vi)でVHからVLに下降し、これを繰り返し、出力は(ii)→(iv)の期間Hで、(iv)→(vi)の期間Lとなる。
【0015】
従って、この回路により、定電流源I0の電流量に応じた発振周波数で、発振する信号を得ることができる。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
このように、上記従来例では、発振は、コンデンサC1の充放電によって行われる。従って、発振周波数は、充放電の振幅Vw=VH−VL、充電電流値、コンデンサ容量C1、抵抗値R1により決定される。そして、充放電の振幅Vwは、次式で表される。
【0017】

Figure 0003744780
ここで、Vsatは、トランジスタのコレクタエミッタ間の飽和電圧を意味し、VsatQ4=VsatQ5=Vsatとする。
【0018】
このように、充放電の振幅Vwは、V1依存性がある。このため、発振周波数は、V1依存性を有し、電源電圧V1が変動すると、変動することになる。そこで、発振周波数を安定させるためには、レギュレータなどを設け、V1を安定化する必要がある。さらに、振幅Vwは、Vsatの項を含む。Vsatは、トランジスタの特性であり、温度の影響を受けやすく、従って発振周波数が温度に依存して変化しやすいという問題があった。
【0019】
また、電圧VHは、トランジスタQ2,Q3のオン動作に支障のないように、次の条件を満たす必要がある。
【0020】
VH<V1−VbeQ3−VceQ2+VbeQ2=V1−VceQ2
ここで、Vbeはベースエミッタ間電圧であり、VbeQ3=VbeQ2とする。
【0021】
同様に、VLもVL>VbeQ2+VceQ9という制約を受ける。また、充放電の振幅はVwであり、VL+Vw=VH<V1ーVceQ2である。
【0022】
従って、V1>VL+Vw+VceQ2>VbeQ2+VceQ9+Vw+VceQ2=Vw+Vbe+2Vce
を満たす必要がある。従って、Vwを大きくとろうとすると、V1としてかなり大きな電圧が必要であった。さらに、レギュレータを設けるレギュレートされた電圧は、電源電圧V1に比べ低くなる。従って、電池駆動、特に1.5Vを電源電圧としようとすると、Vwを十分とることができず、回路を十分動作させることが難しかった。
【0023】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、安定した発振が行えるとともに、電源電圧が低くても動作が可能な発振回路を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1定電流源に接続され、第1および第2差動トランジスタを含む差動アンプと、前記第1差動トランジスタの電流経路に設けられた第1抵抗を含み、前記第1差動トランジスタのオンまたはオフに応じて前記第1抵抗に前記第1定電流源に流れる定電流が流れるか流れないかにより発生する電圧降下の差を反映した電圧を第2差動トランジスタのベースに印加する第1電圧制御手段と、前記第2差動トランジスタのオン時において定電流を流し、前記第2差動トランジスタのオフ時において定電流を流さない第2定電流手段と、この第2定電流手段の定電流が供給される並列接続された第2抵抗およびコンデンサと、を含み、前記第2差動トランジスタのオン時において前記第2定電流手段の定電流に応じて前記コンデンサに充電し、第2差動トランジスタのオフ時において前記第2抵抗を介し前記コンデンサの放電を行い、このコンデンサの充放電に伴い変化する電圧を前記第1差動トランジスタのベースに印加する第2電圧制御手段と、を有し、前記第1および第2電圧制御手段により前記第2および第1差動トランジスタを制御して、前記第2差動トランジスタのベースに印加される電圧差を前記第1定電流源に流れる定電流値と前記第1抵抗の抵抗値の積により決定される電源電圧に依存しない値とし、これによって第1差動トランジスタのベースに印加される前記コンデンサの充放電による電圧差も電源電圧に依存しない値とすることにより、前記差動アンプの出力に電源電圧に依存しない所定周波数の発振信号を得ることを特徴とする。
【0025】
これによって、第差動トランジスタのベースに設定される電圧の差は、第の差動トランジスタがオンの際に第1抵抗において発生される電圧降下に対応する電圧になる。従って、その値は、第1抵抗の抵抗値と第1差動トランジスタのオン時に流れる電流値の積で決定され、電源電圧に依存しない。これによって、回路の発振周波数に電源電圧の依存性がなく、従って電源電圧を一定にするためのレギュレータなどが不要であり、回路が簡単になる。また、レギュレータが不要であるため、電源電圧をそのまま利用でき、電圧についての制限が緩和され低電圧電源での動作が容易になる。さらに、抵抗値と定電流で上記電圧差が決定されるため、発振周波数がトランジスタの特性の影響を受けず、安定した動作が確保できる。
【0026】
さらに、前記第1差動トランジスタの電流経路に設けられた抵抗に常時所定の電流を流す第定電流手段を有し、この第定電流手段の電流に伴う電圧降下した電圧を前記第2差動トランジスタのベースに加算して印加することが好適である。これによって、電源投入時において、第定電流手段に流れる電流により第2差動トランジスタをオフし、第1差動トランジスタをオンすることができ、安定した動作が保証される。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。
【0028】
図1は、実施形態の電圧制御発振回路の一例を示す図である。NPN型の差動トランジスタ(第1および第2差動トランジスタ)Q11,Q12は、そのエミッタ同士が接続され、そのエミッタはNPNトランジスタQ20を介し、グランドに接続されている。このトランジスタQ20のベースには、コレクタ・ベースがショートされているNPNトランジスタQ19のベースが接続されており、このトランジスタQ19のエミッタはグランドに接続され、コレクタは定電流I11を流す定電流源I11を介し電源V1に接続されている。従って、トランジスタQ19は、定電流源(第1定電流源)I11の定電流I11を流し、この電流がトランジスタQ20に流れる。
【0029】
トランジスタQ12のコレクタは、PNPトランジスタQ17のコレクタに接続され、このトランジスタQ17のエミッタは電源V1に接続されている。また、トランジスタQ17は、ベースコレクタ間がショートされている。トランジスタQ17のベースにはPNPトランジスタQ18のベースが接続され、トランジスタQ18のエミッタは電源V1に接続されている。従って、トランジスタQ17,Q18はカレントミラーを構成している。
【0030】
トランジスタQ18のコレクタには、コレクタベースがショートしたNPNトランジスタQ16のコレクタが接続されている。このトランジスタQ16のエミッタはグランドに接続されている。
【0031】
このトランジスタQ16のベースには、NPNトランジスタQ15のベースが接続されており、このトランジスタQ15のエミッタはグランドに接続されており、トランジスタQ16,Q15はカレントミラーを構成する。このため、トランジスタQ12がオンしたとき、その電流がQ17,Q18,Q16,Q15に流れる。
【0032】
トランジスタQ15のコレクタには、NPNトランジスタQ14,Q13のベースが接続されている。従って、トランジスタQ15がオンすることによって、トランジスタQ14,Q13がオフする。
【0033】
トランジスタQ13はコレクタベースがショートされており、エミッタがグランドに接続され、コレクタが定電流源(第2定電流源)I10を介し電源V1に接続されている。また、トランジスタQ14のエミッタはグランドに接続されており、コレクタは、抵抗R(第2抵抗)11およびコンデンサC11を介し電源V1に接続されている。また、トランジスタQ14のコレクタと、コンデンサC11および抵抗R11との接続点であるB点がトランジスタQ11のベースに接続されている。
【0034】
従って、トランジスタQ15がオフのときにトランジスタQ13,Q14はオンし、トランジスタQ14に流れる電流によって、コンデンサC11が充電されB点の電位が下がり、トランジスタQ15がオンのときにトランジスタQ13,Q14はオフし、コンデンサC11は、抵抗R11を介し電源V1からの電流で放電され、B点電圧が上昇する。
【0035】
トランジスタQ11のコレクタは抵抗(第1抵抗)R12を介し、電源V1に接続されており、トランジスタQ11のコレクタと抵抗12の中間点は、トランジスタQ12のベースに接続されるとともに定電流I12を流す定電流源(第3定電流源)I12を介しグランドに接続されている。
【0036】
従って、トランジスタQ12のベース電位であるA点電位は、トランジスタQ11がオフの際に、
VH=V1−R12*I12
となり、
トランジスタQ11がオフの際に、
VL=V1−R12*(I11+I12)
となる。
【0037】
また、トランジスタQ17,Q18のベースには、PNPトランジスタQ22のベースが接続されており、トランジスタQ22のエミッタは電源V1に接続され、コレクタは抵抗R13を介しグランドに接続されている。従って、トランジスタQ22は、トランジスタQ12,Q17と同じ電流を流す。そして、トランジスタQ22と抵抗R13の中間点が出力端になっており、トランジスタQ22がオフのときに出力はグランド電圧(L)となり、トランジスタQ22がオンのときに、電圧は、I11*R13(H)となる。
【0038】
このような回路において、(i)電源を投入すると、B点電圧VBは、定電流源I12の電流による電圧降下があるA点電圧より高くなる。(ii)そこで、トランジスタQ11がオンし、トランジスタQ12,Q17,Q18,Q15がオフする。これによって、トランジスタQ13,Q14がオンし、コンデンサC11の下側に当たるB点電位が下がりコンデンサC11の充電が始まる。充電電流は、トランジスタQ14に流れる電流I10から抵抗R11に流れる電流(V1−VB)/R11を差し引いた電流となる。
【0039】
(iii)コンデンサC1の充電によって、VBは下降する。(iv)電圧VBがVLに達すると、トランジスタQ11がオフしトランジスタQ12がオンする。そして、トランジスタQ17,Q18,Q15がオンし、トランジスタQ13,Q14がオフする。また、トランジスタQ11がオフすることによって、A点電圧VAは、VHに設定される。(iv)トランジスタQ14のオフによって、コンデンサC11への充電が停止され、抵抗Rに流れる電流によって徐々に放電し、B点電圧は徐々に上昇する。(vi)B点電圧が上昇してVHに達すると、(ii)の動作に戻り、これを繰り返し回路は発振する。
【0040】
従って、図2に示すように、B点電圧は、VH→VL→VH→・・・・を繰り返すことになり、電圧が下降するとき(コンデンサC11の充電時)に、出力がL、電圧が上昇するとき(コンデンサC11の放電時)に、出力がHとなる。
【0041】
このような回路において、発振は、コンデンサC11の充放電によって行われ、その発振周波数は、充放電の振幅Vw=VH−VL、充電電流値、コンデンサC11の容量値C11,抵抗値R11によって、決定される。
【0042】
ここで、充放電の振幅、Vwは、Vw=VH−VL=V1−R11*I12−{V1−R11*(I11+I12)}
=I11*R11となる。従って、充放電の振幅Vwには、電源電圧V1の依存性がなくなる。従って、発振周波数の電源電圧V1依存性がなくなり、電源電圧の変動の影響を除去するためのレギュレータが不要になる。さらに、トランジスタのコレクタエミッタ間の飽和電圧の影響もない。従って、トランジスタの特性の影響がなくなり、温度依存性の排除も容易になる。
【0043】
さらに、電圧VHおよびVLからくる制約は、
VH<V1−VbeQ7−VceQ2+VbeQ2=V1−VceQ2
ここで、VbeQ7=VbeQ2とする。
【0044】
同様に、VLもVL>VbeQ1+VceQ10=VbeQ1+VceQ10という制約を受ける。また、充放電の振幅はVwであり、
VL+Vw=VH<V1ーVceQ2である。
【0045】
従って、V1>VL+Vw+VceQ2>Vw+VbeQ2+VceQ10+VceQ2=Vw+Vbe+2Vce
となり、満たすべき条件は図3の従来例の回路と同一になる。しかし、上述のようにレギュレータが不要であり、電源電圧がより定電圧でも利用が可能になる。例えば、電源電圧を乾電池1本の電圧である1.5Vとする回路にも好適に適用できる。
【0046】
なお、上述の回路において、定電流源I12を設けたが、これを省略することも可能である。これを省略した場合、VH=V1となり、電源投入時にトランジスタQ11がオンすることが保証されず当初動作が不安定になるが、通常の動作が始まればその後は問題ない。
【0047】
また、定電流源I11を入力電圧に応じて変更することによって、電圧制御発振器としての動作が行われる。
【0048】
以上のように、本実施形態の回路によれば、発振周波数に電源電圧の依存性がない。従って、電圧を一定にするためのレギュレータなどが不要であり、回路が簡単になる。また、レギュレータが不要であるため、電源電圧をそのまま利用でき、電圧についての制限が緩和され定電圧電源での動作が容易になる。さらに、発振周波数がトランジスタの特性の影響を受けず、安定した動作が確保できる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第1差動トランジスタのベースに設定される電圧の差は、第2の差動トランジスタがオンの際に抵抗において発生される電圧降下に対応する電圧になる。従って、その値は、抵抗値と差動アンプの電流値の積で決定され、電源電圧に依存しない。これによって、回路の発振周波数に電源電圧の依存性がなく、従って電源電圧を一定にするためのレギュレータなどが不要であり、回路が簡単になる。また、レギュレータが不要であるため、電源電圧をそのまま利用でき、電圧についての制限が緩和され定電圧電源での動作が容易になる。さらに、抵抗値と定電流で上記電圧差が決定されるため、発振周波数がトランジスタの特性の影響を受けず、安定した動作が確保できる。
【0050】
さらに、第2定電流手段を設け、この第2定電流手段の電流に伴う電圧降下した電圧を前記第2トランジスタのベースに加算して印加することで、電源投入時において、第2定電流手段に流れる電流により第2差動トランジスタをオフし、第1差動トランジスタをオンすることができ、安定した動作が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施形態の回路構成を示す図である。
【図2】 実施形態の回路の動作を説明する図である。
【図3】 従来例の回路構成を示す図である。
【図4】 従来例の回路の動作を説明する図である。
【符号の説明】
Q11〜Q22 トランジスタ、I10〜I13 定電流源、C11 コンデンサ、R11〜R13 抵抗。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an oscillation circuit that obtains an oscillation signal having a predetermined frequency by using charging and discharging of a capacitor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various oscillation circuits have been used in digital processing circuits and the like. Among such oscillation circuits, there is a voltage-controlled oscillation circuit in which the oscillation frequency is controlled in accordance with the input voltage value, which is used for a PLL (phase lock loop) circuit or the like.
[0003]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional voltage controlled oscillation circuit. The NPN differential transistors Q1 and Q2 have their emitters connected to each other, and the emitter is connected to the ground via a constant current source I0. The collector of the transistor Q2 is connected to the collector of the PNP transistor Q3, and the emitter of the transistor Q3 is connected to the power supply V1. The transistor Q3 has a shorted base collector. The base of the transistor Q3 is connected to the base of the PNP transistor Q4, and the emitter of the transistor Q4 is connected to the power supply V1. Therefore, the transistors Q3 and Q4 constitute a current mirror.
[0004]
The emitter is connected to the power source V1, and the collector of the always-on PNP transistor Q5 is connected to the ground via resistors R1, R2, and R3. Therefore, a voltage divided at the intermediate point of the resistors R1, R2, and R3 is obtained. The collector of the transistor Q4 is connected to the middle point of the resistors R1 and R2, and the point A that is the middle point of the resistors R2 and R3 is connected to the base of the transistor Q2.
[0005]
When the transistor Q2 is turned on, the current flows through the transistors Q3 and Q4, and further flows through the resistors R2 and R3. Therefore, the voltage value of the base of the transistor Q2 varies depending on whether the transistor Q2 is on or off.
[0006]
That is, the point A voltage VL when the transistor Q2 is off is
VL = (V1-VsatQ5) * R3 / (R1 + R2 + R3)
A point voltage VH when the transistor Q2 is ON is
VH = (V1-VsatQ4) * R3 / (R2 + R3)
It becomes.
[0007]
The collector of the transistor Q1 is connected to the collector of the PNP transistor Q6 whose base collector is short-circuited, and the emitter of the transistor Q6 is connected to the power source V1. The base of the transistor Q6 is connected to the base of the PNP transistor Q7, and the emitter of the transistor Q7 is connected to the power source V1. Therefore, transistors Q6 and Q7 constitute a current mirror.
[0008]
The collector of the transistor Q7 is connected to the base of the PNP transistor Q8, the emitter of the transistor Q8 is connected to the power supply V1, and the collector is connected to the ground via the resistor R0 and the capacitor C1. A point B, which is a connection point between the collector of the transistor Q8, the resistor R0, and the capacitor C1, is connected to the base of the transistor Q1.
[0009]
The collector of transistor Q7 and the base of transistor Q8 are connected to the bases of transistors Q3 and Q4 and to the base of PNP transistor Q9. The emitter of the transistor Q9 is connected to the power supply V1, and the collector of the transistor Q9 is connected to the ground via the resistor R4. Then, an output is taken out from an intermediate point between the collector of the transistor Q9 and the resistor R2.
[0010]
Therefore, when the transistor Q2 is on, the current flows through the transistor Q3, and therefore the same current flows through the transistors Q4, Q8, and Q9. On the other hand, when the transistor Q1 is on, the current flows to the transistor Q6, and the transistor Q7 is turned on, so that the transistors Q8 and Q9 are turned off.
[0011]
The output voltage becomes H corresponding to the voltage drop due to the resistor R4 when the transistor Q9 is turned on, and becomes L when the transistor Q9 is turned off.
[0012]
Here, (i) when the power is turned on, the B point potential VB is 0 V because it is connected to the ground by the resistor R0. On the other hand, since the transistor Q5 is always on, the potential at the point A is higher than 0 V by the voltage at the resistor R3, so that the transistor Q2 is turned on and the transistor Q1 is turned off. (Ii) When the transistor Q2 is turned on, the transistors Q3, Q4, Q8, and Q9 are turned on. Thus, charging of the capacitor C1 is started by turning on the transistor Q8. At the same time, the potential VA at the point A is set to VH. Further, when the transistor Q9 is turned on, the output becomes H.
[0013]
(Iii) The B point voltage VB gradually increases due to the charging of the capacitor C1. (Iv) When the potential VB reaches VH due to charging of the capacitor C1, the transistors Q1, Q6, Q7 are turned on, whereby the transistors Q2, Q3, Q4, Q8, Q9 are turned off, Charging stops and the output becomes L. (V) Thereby, the capacitor C1 is discharged through the resistor R0, and the voltage VB gradually decreases. (Vi) When the voltage VB reaches VL and becomes lower than the point A voltage VA than the point B voltage VB, the transistor Q2 is turned on, the transistor Q1 is turned off, and the state returns to the state (ii) described above.
[0014]
Thereby, the circuit repeatedly oscillates the states (ii) to (vi), and an oscillation signal is obtained at the output. That is, as shown in FIG. 4, the voltage VB increases from VL to VH from (ii) → (iv), decreases from VH to VL from (iv) → (vi), and this is repeated, and the output is ( The period H is (ii) → (iv), and the period L is (iv) → (vi).
[0015]
Therefore, with this circuit, a signal that oscillates at an oscillation frequency corresponding to the amount of current of the constant current source I0 can be obtained.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, in the above conventional example, the oscillation is performed by charging and discharging the capacitor C1. Therefore, the oscillation frequency is determined by the charge / discharge amplitude Vw = VH−VL, the charging current value, the capacitor capacity C1, and the resistance value R1. The charge / discharge amplitude Vw is expressed by the following equation.
[0017]
Figure 0003744780
Here, Vsat means a saturation voltage between the collector and emitter of the transistor, and VsatQ4 = VsatQ5 = Vsat.
[0018]
Thus, the charge / discharge amplitude Vw has V1 dependency. For this reason, the oscillation frequency has V1 dependency and fluctuates when the power supply voltage V1 fluctuates. Therefore, in order to stabilize the oscillation frequency, it is necessary to provide a regulator and stabilize V1. Further, the amplitude Vw includes a term of Vsat. Vsat is a characteristic of the transistor, and is easily affected by temperature. Therefore, there is a problem that the oscillation frequency is likely to change depending on the temperature.
[0019]
The voltage VH must satisfy the following condition so as not to hinder the on operation of the transistors Q2 and Q3.
[0020]
VH <V1-VbeQ3-VceQ2 + VbeQ2 = V1-VceQ2
Here, Vbe is a base-emitter voltage, and VbeQ3 = VbeQ2.
[0021]
Similarly, VL is also restricted by VL> VbeQ2 + VceQ9. Further, the amplitude of charge / discharge is Vw, and VL + Vw = VH <V1−VceQ2.
[0022]
Therefore, V1> VL + Vw + VceQ2> VbeQ2 + VceQ9 + Vw + VceQ2 = Vw + Vbe + 2Vce
It is necessary to satisfy. Therefore, if Vw is to be increased, a considerably large voltage is required as V1. Furthermore, the regulated voltage provided with the regulator is lower than the power supply voltage V1. Therefore, when battery driving, especially 1.5V is used as the power supply voltage, Vw cannot be sufficiently obtained, and it is difficult to sufficiently operate the circuit.
[0023]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an oscillation circuit that can perform stable oscillation and can operate even when the power supply voltage is low.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a differential amplifier connected to a first constant current source and including first and second differential transistors, and a first resistor provided in a current path of the first differential transistor, A voltage reflecting a difference in voltage drop generated depending on whether a constant current flowing in the first constant current source flows or not flows in the first resistor according to ON or OFF of the differential transistor is set to a base of the second differential transistor. a first voltage control means for applying to, flowing a constant current during oN of the second differential transistor, a second current regulating means does not flow a constant current during off of the second differential transistor, the second includes a second resistor and a capacitor connected in parallel a constant current of the constant current means is supplied, a charge in the capacitor in accordance with the constant current of said second constant current means during the on of the second differential transistor And performs discharging of the capacitor via the second resistor during the off of the second differential transistor, a second voltage control to apply a voltage that varies with the charge and discharge of the capacitor to the base of the first differential transistor Means for controlling the second and first differential transistors by the first and second voltage control means to determine a voltage difference applied to a base of the second differential transistor. A voltage difference due to charging / discharging of the capacitor applied to the base of the first differential transistor is set to a value independent of the power supply voltage determined by the product of the constant current value flowing through the current source and the resistance value of the first resistor. Also, by setting the value to be independent of the power supply voltage, an oscillation signal having a predetermined frequency independent of the power supply voltage is obtained from the output of the differential amplifier.
[0025]
Thus, the difference between the voltage set to the base of the second differential transistor becomes a voltage corresponding to the voltage drop across the first differential transistor is generated in the first resistor when on. Therefore, the value is determined by the product of the resistance value of the first resistor and the current value that flows when the first differential transistor is turned on, and does not depend on the power supply voltage. As a result, the oscillation frequency of the circuit does not depend on the power supply voltage, and therefore a regulator or the like for making the power supply voltage constant is unnecessary, and the circuit is simplified. In addition, since a regulator is not required, the power supply voltage can be used as it is, restrictions on the voltage are relaxed, and operation with a low voltage power supply becomes easy. Furthermore, since the voltage difference is determined by the resistance value and the constant current, the oscillation frequency is not affected by the characteristics of the transistor, and a stable operation can be ensured.
[0026]
Furthermore, there is provided a third constant current means for always passing a predetermined current through a resistor provided in the current path of the first differential transistor, and a voltage drop caused by the current of the third constant current means is applied to the second constant current means. It is preferable to add and apply to the base of the differential transistor. Thus, when the power is turned on, the second differential transistor can be turned off and the first differential transistor can be turned on by the current flowing through the third constant current means, so that stable operation is guaranteed.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
[0028]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a voltage controlled oscillation circuit according to the embodiment. NPN-type differential transistors (first and second differential transistors) Q11 and Q12 have their emitters connected to each other, and the emitters connected to the ground via an NPN transistor Q20. The base of this transistor Q20 is connected to the base of an NPN transistor Q19 whose collector and base are short-circuited. The emitter of this transistor Q19 is connected to the ground, and the collector is connected to a constant current source I11 for supplying a constant current I11. Via a power source V1. Accordingly, the transistor Q19 causes the constant current I11 of the constant current source (first constant current source) I11 to flow, and this current flows to the transistor Q20.
[0029]
The collector of the transistor Q12 is connected to the collector of the PNP transistor Q17, and the emitter of the transistor Q17 is connected to the power source V1. In the transistor Q17, the base collector is short-circuited. The base of the transistor Q17 is connected to the base of the PNP transistor Q18, and the emitter of the transistor Q18 is connected to the power supply V1. Therefore, the transistors Q17 and Q18 constitute a current mirror.
[0030]
The collector of the transistor Q18 is connected to the collector of an NPN transistor Q16 whose collector base is short-circuited. The emitter of the transistor Q16 is connected to the ground.
[0031]
The base of this transistor Q16 is connected to the base of an NPN transistor Q15, the emitter of this transistor Q15 is connected to the ground, and the transistors Q16 and Q15 constitute a current mirror. Therefore, when the transistor Q12 is turned on, the current flows through Q17, Q18, Q16, and Q15.
[0032]
The bases of the NPN transistors Q14 and Q13 are connected to the collector of the transistor Q15. Accordingly, when the transistor Q15 is turned on, the transistors Q14 and Q13 are turned off.
[0033]
The transistor Q13 has a collector base that is short-circuited, an emitter connected to the ground, and a collector connected to a power source V1 via a constant current source (second constant current source) I10. The emitter of the transistor Q14 is connected to the ground, and the collector is connected to the power source V1 via the resistor R (second resistor) 11 and the capacitor C11. Further, a point B, which is a connection point between the collector of the transistor Q14 and the capacitor C11 and the resistor R11, is connected to the base of the transistor Q11.
[0034]
Accordingly, the transistors Q13 and Q14 are turned on when the transistor Q15 is off, the capacitor C11 is charged by the current flowing through the transistor Q14, the potential at the point B is lowered, and the transistors Q13 and Q14 are turned off when the transistor Q15 is on. The capacitor C11 is discharged by the current from the power source V1 through the resistor R11, and the B point voltage rises.
[0035]
The collector of the transistor Q11 is connected to the power source V1 via a resistor (first resistor) R12, and the intermediate point between the collector of the transistor Q11 and the resistor 12 is connected to the base of the transistor Q12 and a constant current I12 flows. Current source (third constant current source) I12 is connected to the ground.
[0036]
Accordingly, the point A potential, which is the base potential of the transistor Q12, is set when the transistor Q11 is off.
VH = V1-R12 * I12
And
When transistor Q11 is off,
VL = V1-R12 * (I11 + I12)
It becomes.
[0037]
The bases of the transistors Q17 and Q18 are connected to the base of the PNP transistor Q22. The emitter of the transistor Q22 is connected to the power supply V1, and the collector is connected to the ground via the resistor R13. Therefore, the transistor Q22 passes the same current as the transistors Q12 and Q17. An intermediate point between the transistor Q22 and the resistor R13 is an output terminal. When the transistor Q22 is off, the output is the ground voltage (L). When the transistor Q22 is on, the voltage is I11 * R13 (H )
[0038]
In such a circuit, (i) when the power is turned on, the point B voltage VB becomes higher than the point A voltage where there is a voltage drop due to the current of the constant current source I12. (Ii) Therefore, the transistor Q11 is turned on, and the transistors Q12, Q17, Q18, and Q15 are turned off. As a result, the transistors Q13 and Q14 are turned on, the potential at the point B corresponding to the lower side of the capacitor C11 is lowered, and charging of the capacitor C11 is started. The charging current is a current obtained by subtracting the current (V1−VB) / R11 flowing through the resistor R11 from the current I10 flowing through the transistor Q14.
[0039]
(Iii) VB falls due to the charging of the capacitor C1. (Iv) When the voltage VB reaches VL, the transistor Q11 is turned off and the transistor Q12 is turned on. Transistors Q17, Q18, and Q15 are turned on, and transistors Q13 and Q14 are turned off. Further, when the transistor Q11 is turned off, the point A voltage VA is set to VH. (Iv) When the transistor Q14 is turned off, charging of the capacitor C11 is stopped, and the current flowing through the resistor R is gradually discharged, and the voltage at the point B gradually increases. (Vi) When the point B voltage rises and reaches VH, the operation returns to (ii), and the circuit oscillates repeatedly.
[0040]
Therefore, as shown in FIG. 2, the point B voltage repeats VH → VL → VH →..., And when the voltage drops (when the capacitor C11 is charged), the output is L and the voltage is When rising (during discharging of the capacitor C11), the output becomes H.
[0041]
In such a circuit, oscillation is performed by charging / discharging of the capacitor C11, and the oscillation frequency is determined by the charging / discharging amplitude Vw = VH−VL, the charging current value, the capacitance value C11 of the capacitor C11, and the resistance value R11. Is done.
[0042]
Here, the amplitude of charge / discharge , Vw, is Vw = VH−VL = V1−R11 * I12− {V1−R11 * (I11 + I12)}
= I11 * R11. Accordingly, the dependency of the power supply voltage V1 on the charge / discharge amplitude Vw is eliminated. Therefore, the dependency of the oscillation frequency on the power supply voltage V1 is eliminated, and a regulator for eliminating the influence of fluctuations in the power supply voltage becomes unnecessary. Further, there is no influence of the saturation voltage between the collector and emitter of the transistor. Therefore, the influence of the transistor characteristics is eliminated, and the temperature dependence can be easily eliminated.
[0043]
Furthermore, the constraints coming from the voltages VH and VL are
VH <V1-VbeQ7-VceQ2 + VbeQ2 = V1-VceQ2
Here, VbeQ7 = VbeQ2.
[0044]
Similarly, VL is also constrained by VL> VbeQ1 + VceQ10 = VbeQ1 + VceQ10. Moreover, the amplitude of charging / discharging is Vw,
VL + Vw = VH <V1−VceQ2.
[0045]
Therefore, V1> VL + Vw + VceQ2> Vw + VbeQ2 + VceQ10 + VceQ2 = Vw + Vbe + 2Vce
Thus, the conditions to be satisfied are the same as those of the conventional circuit of FIG. However, as described above, a regulator is not necessary, and it can be used even when the power supply voltage is more constant. For example, the present invention can be suitably applied to a circuit in which the power supply voltage is 1.5 V, which is the voltage of one dry cell.
[0046]
In the above circuit, the constant current source I12 is provided, but it may be omitted. If this is omitted, VH = V1 and the transistor Q11 is not guaranteed to be turned on when the power is turned on, and the initial operation becomes unstable. However, there is no problem after the normal operation starts.
[0047]
Further, by changing the constant current source I11 according to the input voltage, an operation as a voltage controlled oscillator is performed.
[0048]
As described above, according to the circuit of the present embodiment, the oscillation frequency does not depend on the power supply voltage. Therefore, a regulator for making the voltage constant is unnecessary, and the circuit is simplified. In addition, since a regulator is not required, the power supply voltage can be used as it is, the restriction on the voltage is relaxed, and the operation with the constant voltage power supply becomes easy. Further, the oscillation frequency is not affected by the characteristics of the transistor, and stable operation can be ensured.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the difference in voltage set at the base of the first differential transistor is the voltage corresponding to the voltage drop generated in the resistor when the second differential transistor is on. become. Therefore, the value is determined by the product of the resistance value and the current value of the differential amplifier, and does not depend on the power supply voltage. As a result, the oscillation frequency of the circuit does not depend on the power supply voltage, and therefore a regulator or the like for making the power supply voltage constant is unnecessary, and the circuit is simplified. In addition, since a regulator is not required, the power supply voltage can be used as it is, the restriction on the voltage is relaxed, and the operation with the constant voltage power supply becomes easy. Furthermore, since the voltage difference is determined by the resistance value and the constant current, the oscillation frequency is not affected by the characteristics of the transistor, and a stable operation can be ensured.
[0050]
Furthermore, a second constant current means is provided, and a voltage that has dropped due to the current of the second constant current means is added to the base of the second transistor and applied to the second constant current means when the power is turned on. The second differential transistor can be turned off and the first differential transistor can be turned on by the current flowing in the circuit, so that stable operation is guaranteed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of an embodiment.
FIG. 2 is a diagram illustrating the operation of the circuit of the embodiment.
FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional example.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of a conventional circuit.
[Explanation of symbols]
Q11 to Q22 transistors, I10 to I13 constant current sources, C11 capacitors, R11 to R13 resistors.

Claims (2)

第1定電流源に接続され、第1および第2差動トランジスタを含む差動アンプと、
前記第1差動トランジスタの電流経路に設けられた第1抵抗を含み、前記第1差動トランジスタのオンまたはオフに応じて前記第1抵抗に前記第1定電流源に流れる定電流が流れるか流れないかにより発生する電圧降下の差を反映した電圧を第2差動トランジスタのベースに印加する第1電圧制御手段と、
前記第2差動トランジスタのオン時において定電流を流し、前記第2差動トランジスタのオフ時において定電流を流さない第2定電流手段と、この第2定電流手段の定電流が供給される並列接続された第2抵抗およびコンデンサと、を含み、前記第2差動トランジスタのオン時において前記第2定電流手段の定電流に応じて前記コンデンサに充電し、第2差動トランジスタのオフ時において前記第2抵抗を介し前記コンデンサの放電を行い、このコンデンサの充放電に伴い変化する電圧を前記第1差動トランジスタのベースに印加する第2電圧制御手段と、
を有し、
前記第1および第2電圧制御手段により前記第2および第1差動トランジスタを制御して、
前記第2差動トランジスタのベースに印加される電圧差を前記第1定電流源に流れる定電流値と前記第1抵抗の抵抗値の積により決定される電源電圧に依存しない値とし、これによって第1差動トランジスタのベースに印加される前記コンデンサの充放電による電圧差も電源電圧に依存しない値とすることにより、前記差動アンプの出力に電源電圧に依存しない所定周波数の発振信号を得る発振回路。
A differential amplifier connected to the first constant current source and including first and second differential transistors;
Whether a constant current flowing through the first constant current source flows through the first resistor in response to ON or OFF of the first differential transistor, including a first resistor provided in a current path of the first differential transistor First voltage control means for applying a voltage reflecting a difference in voltage drop caused by whether or not to flow to the base of the second differential transistor;
Flowing a constant current during ON of the second differential transistor, and a second constant current means during off of the second differential transistor does not flow a constant current, the constant current of the second constant current means is supplied includes a second resistor and a capacitor connected in parallel, and to charge the capacitor in accordance with the constant current of said second constant current means during the on of the second differential transistor, when turned off in the second differential transistor said second resistor via performs discharging of the capacitor, the second voltage control means for applying a voltage that changes with the charging and discharging of the capacitor to the base of the first differential transistor at,
Have
Controlling the second and first differential transistors by the first and second voltage control means ;
The voltage difference applied to the base of the second differential transistor is set to a value that does not depend on the power supply voltage determined by the product of the constant current value flowing through the first constant current source and the resistance value of the first resistor. By setting the voltage difference due to charging / discharging of the capacitor applied to the base of the first differential transistor to a value independent of the power supply voltage, an oscillation signal having a predetermined frequency independent of the power supply voltage is obtained at the output of the differential amplifier. Oscillator circuit.
請求項1に記載の回路において、
さらに、前記第1差動トランジスタの電流経路に設けられた抵抗に常時所定の電流を流す第定電流手段を有し、
この第定電流手段の電流に伴う電圧降下した電圧を前記第2差動トランジスタのベースに加算して印加する発振回路。
The circuit of claim 1, wherein
And third constant current means for constantly flowing a predetermined current through a resistor provided in the current path of the first differential transistor,
An oscillation circuit for adding a voltage dropped due to the current of the third constant current means to the base of the second differential transistor and applying it.
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