JP4206035B2 - 電圧制御発振器 - Google Patents

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Description

本発明は、電圧制御発振器に関する。
電圧制御発振器を用いた従来の周波数シンセサイザは図５に示すように、基準発振器１と、電圧制御発振器４の発振周波数ｆ０を基準発振器１の発振周波数ｆｒに一致するようにＭ分周（ｆ０／Ｍ）する分周器５と、基準発振器１の出力と分周器５の出力との位相同士を比較し、位相差を検出する位相比較器２と、位相比較器２の出力に含まれる不要な高調波成分を除去する低域通過フィルタ３とで構成される。
このような構成により、ｆｒとｆ０／Ｍとの位相差が常にゼロになるような帰還機能を有することとなり、電圧制御発振器４の出力位相が基準発振器１の出力位相に同期し、基準発振器１の位相精度に準じた高安定な発振を得ることが出来る。
従来例においては、電圧制御発振器４からは基本波成分ｆ０に加えて高次の高調波成分（２ｆ０、３ｆ０、．．．）も同時に出力されている。そのため、帯域通過フィルタ６によって基本波成分を選択し、帯域通過フィルタ６の出力を逓倍器７によってＮ逓倍し、所望の発振周波数Ｎ×ｆ０を得る（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１０−１２６２６２号公報（図５）
従来の構成では、電圧制御発振器は一つの出力端子のみを有してそこから基本波と高調波とを出力し、電圧制御発振器を所望の周波数よりも低い周波数で安定に発振させ、電圧制御発振器から出力される基本波から所望の周波数の発振信号を逓倍器によって発生させていたので、帯域通過フィルタや逓倍器が必要であった。そのため、周波数シンセサイザの構成が複雑となり、小型化の障害となっていた。
本発明は、周波数シンセサイザの構成を簡素化することができる電圧制御発振器を提供する。
本発明の電圧制御発振器は、発振トランジスタと、互いに直列に接続されると共に、前記発振トランジスタのコレクタと電源端子との間に設けられた第一及び第二のインダクタンス素子とを備え、前記発振トランジスタのコレクタと、前記第一のインダクタンス素子と前記第二のインダクタンス素子との接続点との二カ所からそれぞれ発振信号を出力し、前記発振信号を増幅する増幅トランジスタを設け、前記第一のインダクタンス素子と前記第二のインダクタンス素子との接続点を前記増幅トランジスタのベースに結合し、前記増幅トランジスタのコレクタに前記発振トランジスタのエミッタから電圧を給電した。
また、前記第一のインダクタンス素子を前記電源端子側に配置すると共に、前記第二のインダクタンス素子を前記発振トランジスタのコレクタ側に配置し、前記第一のインダクタンス素子に第一の容量素子を並列接続して並列共振回路を構成し、前記並列共振回路を前記発振信号に含まれる特定の高調波の周波数に共振させた。
また、前記第一のインダクタンス素子を前記電源端子側に配置すると共に、前記第二のインダクタンス素子を前記発振トランジスタのコレクタ側に配置し、前記第二のインダクタンス素子に第二の容量素子を並列接続した。
請求項１に記載の電圧制御発振器は、発振トランジスタと、互いに直列に接続されると共に、発振トランジスタのコレクタと電源端子との間に設けられた第一及び第二のインダクタンス素子とを備え、発振トランジスタのコレクタと、第一のインダクタンス素子と第二のインダクタンス素子との接続点との二カ所からそれぞれ発振信号を出力し、前記発振信号を増幅する増幅トランジスタを設け、前記第一のインダクタンス素子と前記第二のインダクタンス素子との接続点を前記増幅トランジスタのベースに結合し、前記電源端子から前記第一及び第二のインダクタンス素子を介して前記発振トランジスタのコレクタに電源電圧を給電し、前記増幅トランジスタのコレクタに前記発振トランジスタのエミッタから電圧を給電し、前記増幅トランジスタのエミッタを接地したので、発振トランジスタのコレクタからはレベルの大きな基本波を出力し、二つのインダクタンス素子同士の接続点からは基本波を抑圧した高調波を出力でき、かつ、所望の高調波のレベルを高められる。また、コレクタ接地型の電圧制御発振器が構成でき、消費電流を増加せずに高調波を増幅できる。よって、基本波によって安定に発振させ、高調波を所望の発振信号とすることができる。
また、請求項２に記載の電圧制御発振器は、第一のインダクタンス素子を電源端子側に配置すると共に、第二のインダクタンス素子を発振トランジスタのコレクタ側に配置し、第一のインダクタンス素子に第一の容量素子を並列接続して並列共振回路を構成し、並列共振回路を発振信号に含まれる特定の高調波の周波数に共振させたので、特定の高調波のみを効果的に出力できる。
また、請求項３に記載の電圧制御発振器は、第一のインダクタンス素子を電源端子側に配置すると共に、第二のインダクタンス素子を発振トランジスタのコレクタ側に配置し、第二のインダクタンス素子に第二の容量素子を並列接続したので、第二の出力端子へ出力される高調波のレベルを高められる。
本発明の電圧制御発振器を用いた周波数シンセサイザについて、図１乃至図３に従って説明する。先ず周波数シンセサイザは、基準発振器１と、電圧制御発振器８の基本発振周波数ｆ０を基準発振器１の発振周波数ｆｒに一致するようにＭ分周（ｆ０／Ｍ）する分周器５と、基準発振器１の出力と分周器５の出力との位相同士を比較し、位相差を検出する位相比較器２と、位相比較器２の出力に含まれる不要な高調波成分を除去する低域通過フィルタ３とで構成される。
このような構成により、ｆｒとｆ０／Ｍとの位相差が常にゼロになるような帰還機能を有することとなり、電圧制御発振器８の基本波の出力位相が基準発振器１の出力位相に同期し、基準発振器１の位相精度に準じた高安定な発振を得ることが出来る。
電圧制御発振器８は、図２に示すように、発振トランジスタ８ａと、発振トランジスタ８ａのベースに結合された共振回路８ｂと、発振トランジスタ８ａの出力端であるコレクタと高周波接地点である電源端子Ｖｃｃとの間に設けられた直列接続の二つのインダクタンス素子８ｃ、８ｄとを有し、第一のインダクタンス素子８ｃは電源端子Ｖｃｃ側に設けられ、第二のインダクタンス素子８ｄはコレクタ側に設けられる。そして、コレクタが第一の出力端子、二つのインダクタンス素子８ｃ、８ｄの接続点が第二の出力端子となる。従って、第一の出力端子が分周器５に接続される。なお、直列接続され二つのインダクタンス素子８ｃ、８ｄのインダクタンス値は発振トランジスタ８ａがコレクタ接地型で発振可能な程度に選ばれる。
上記の構成において、第一の出力端子であるコレクタから出力される発振信号には基本波成分の他に高調波成分が含まれるが、基本波成分のレベルに対して高調波成分のレベルは高調波の次数が大きくなるに従って漸次低くなる。また、第二の出力端子である、二つのインダクタンス素子８ｃ、８ｄの接続点から出力される発振信号にも基本波成分の他に高調波成分が含まれるが、第一のインダクタンス素子８ｃのインピーダンスは基本波に対して小さくなり高調波に対して大きくなるので、第二の出力端子からは基本波成分を抑圧して高調波成分を有効に取り出すことができる。従って、第一のインダクタンス素子８ｃと第二のインダクタンス素子８ｄとのインダクタンス値の比率を適宜に設定することで、目的とする次数の高調波のレベルを他に比較して大きくすることができる。
よって、電圧制御発振器８を所望の周波数よりも低い周波数で安定に発振させ、電圧制御発振器から出力される高調波を所望の発振信号とすることができる。
なお、図３に示すように、第一のインダクタンス素子８ｃに第一の容量素子８ｅを並列接続して並列共振回路を構成し、その共振周波数を所望の次数の高調波成分の周波数に一致させればその高調成分のみを有効に取り出すことができる。また、第二のインダクタンス素子８ｄに第二の容量素子８ｆを並列接続することで、第二の出力端子へ出力される高調波のレベルを高められる。
図４は高調波成分を増幅するためのバッファアンプ９を設けたものであるが、その増幅トランジスタ９ａはエミッタ接地され、コレクタは発振トランジスタ８ａのエミッタに高周波阻止用のインダクタンス素子９ｂを介して接続されるので、共通のコレクタ電流を流すことができる。そして、増幅された高調波成分はコレクタから出力される。
本発明の電圧制御発振器を用いた周波数シンセサイザの回路図である。 本発明の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。 本発明の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。 本発明の電圧制御発振器の構成を示す回路図である。 従来の周波数シンセサイザの回路図である
符号の説明
１：基準発振器
２：位相比較器
３：低域通過フィルタ
５：分周器
８：電圧制御発振器
８ａ：発振トランジスタ
８ｂ：共振器
８ｃ：第一のインダクタンス素子
８ｄ：第二のインダクタンス素子
８ｅ：第一の容量素子
８ｆ：第二の容量素子
９：バッファアンプ
９ａ：増幅トランジスタ
９ｂ：インダクタンス素子

Claims (3)

  1. 発振トランジスタと、互いに直列に接続されると共に、前記発振トランジスタのコレクタと電源端子との間に設けられた第一及び第二のインダクタンス素子とを備え、前記発振トランジスタのコレクタと、前記第一のインダクタンス素子と前記第二のインダクタンス素子との接続点との二カ所からそれぞれ発振信号を出力し、前記発振信号を増幅する増幅トランジスタを設け、前記第一のインダクタンス素子と前記第二のインダクタンス素子との接続点を前記増幅トランジスタのベースに結合し、前記電源端子から前記第一及び第二のインダクタンス素子を介して前記発振トランジスタのコレクタに電源電圧を給電し、前記増幅トランジスタのコレクタに前記発振トランジスタのエミッタから電圧を給電し、前記増幅トランジスタのエミッタを接地したことを特徴とする電圧制御発振器。
  2. 前記第一のインダクタンス素子を前記電源端子側に配置すると共に、前記第二のインダクタンス素子を前記発振トランジスタのコレクタ側に配置し、前記第一のインダクタンス素子に第一の容量素子を並列接続して並列共振回路を構成し、前記並列共振回路を前記発振信号に含まれる特定の高調波の周波数に共振させたことを特徴とする請求項１に記載の電圧制御発振器。
  3. 前記第一のインダクタンス素子を前記電源端子側に配置すると共に、前記第二のインダクタンス素子を前記発振トランジスタのコレクタ側に配置し、前記第二のインダクタンス素子に第二の容量素子を並列接続したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電圧制御発振器。
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