JPH01317018A - 可変周波数マルチバイブレータ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は一般にエミッタ結合マルチバイブレータ回路に
関するものであり、特に、回路のタイミング・コンデン
サを流れる充放電電流に実質上依存しない振動を起すよ
うに構成された可変周波数マルチバイブレータ回路に関
する。

（従来の技術および解決すべき課題） エミッタ結合マルチバイブレータ回路は定電流充放電Ａ
シレータの下位分類であり、幾つかの性能上の長所を持
っていることか知られている。第１に、このような回路
は一般にすべてＮＰＮ構成要素から構成されているので
、高周波動作（すなわち１０メガヘルツ）が可能である
。第２に、この回路は回路の二つの半部が整合していれ
ば低い偶数調波成分を含む対称出力を対称的に発生覆る
。

第３に、電流または電圧を制御することにより、周波数
の実質上線形制御が得られる。エミッタ結合マルチバイ
ブレータ回路の更に詳細な説明は、Ａ１１ｅｎ　Ｂ、　
Ｇｒｅｂｅｎｅ著「バイポーラおよびＭＯＳアナログ集
積回路の設計Ｊ　　（１９８４年、ＪＯｈｎ　Ｗｉｌｅ
ｙａｎｄ　３ｏｎｓ、　Ｉｎｃ、）に記されている。

基本的な可変周波数エミッタ結合マルチバイブレータで
は、出力周波数Ｆ。は Ｆｏ＝Ｉｘ／　（２−Ｃ−Ｖ、） と考えることができる。ここでＣはタイミング・コンデ
ンサのキャパシタンスであり、Ｖｐはコンデンサ両端間
の電圧であり、Ｉｘは制御電流である。したがって、周
波数Ｆ。は■８を変えることにより変えることができる
。ただし、ＩｘからＦ　へ線形的に変換するにはＶＤを
一定にしておくことが必要である。

ＶＤを一定にする既知の一つの回路はクランピング・ダ
イオードを使用した回路でおる。しかしながら、この回
路は、出力周波数がＶ　　（トラｅ ンジスタのベース・エミッタ間電圧降下）に逆比例し、
Ｖｂｏが約−２ｍＶ／度の割合で変るため、結果として
の周波数が強い正の温度係数を持つので不満足である。

一定のＶＤを得る第２の方法は以下に詳細に説明するよ
うな電流減ｎ機構を利用している。この方法では、大き
な抵抗器を使用して良好なフィードバックを行うが、こ
のような抵抗器はＶ、の変動を生じさせる。更に、この
ような抵抗器は温度およびプロセス依存性であり、■８
に関するＦ。

の線形性を低下させる。最後に、制御電流ＩＸは回路の
フィードバック部分の電流に関係し、これは抵抗器の変
動の影響を受ける。

第１図に従来技術の可変周波数マルチバイブレータの回
路図を示ず。これはＮＰＮトランジスタ１０．１２．１
４．１６．１８および２０、バイアス抵抗器２２．２４
．２６、および２８、−重要な抵抗器３０および３２、
タイミング・コンデンサＣ１および電流源ｌ５１１ＸＡ
およびＩＸＢから構成されており、ＩＸＡはＩＸＢに実
質上等しい。トランジスタ１０および１２のベース端子
はトランジスタ２０のエミッタに接続されており、この
エミッタは抵抗器２８を経て供給電圧源（たとえば大地
）に接続されている。同様に、トランジスタ１４および
１６のベース端子はＮＰＮトランジスタ１８のエミッタ
端子に接続されており、このエミッタは抵抗器２２を経
て供給電圧源（たとえば大地）に接続されている。トラ
ンジスタ１８および２０のコレクタはそれぞれ第２の供
給電圧源（ＶＣＣ）に接続されている。

トランジスタ１２および１４のコレクタ電極はそれぞれ
抵抗器２４および２６を経てＶＣＣに、またそれぞれト
ラジスタ１８および２０のベース端子に接続されている
。トランジスタ１０および１６のコレクタ端子はそれぞ
れトランジスタ１８および２０のベース端子に接続され
ている。

トランジスタ１２のエミッタは抵抗器３０を経てノード
３４に接続されており、ノード３４は電流源Ｉ３を通し
て大地に接続されている。第２の抵抗器３２はトランジ
スタ１４のエミッタとノード３４との間に接続されてい
る。回路のタイミング・コンデンサＣはトランジスタ１
０と１６とのエミッタの間に接続されている。ノード３
６は電流源■ＸＡを通して大地に接続され、ノード３８
は電流源ＩＸＢを通して大地に接続されている。

第１図に示す可変周波数マルヂバイブレータ回路は、テ
ール電流すなわちフィードバック電流（Ｉｓ）を供給電
流（どの側の回路が閉じているかによって抵抗器２４ま
たは２６を通って流れる）からＩＸＡまたはＩＸＢを差
引いた値と等しくすることにより、電圧Ｖ。（タイミン
グ・コンデンサＣにかかる電圧）を一定に保とうとして
いる。

この回路は次のように動作する。最初に遷移がちょうど
発生し、トランジスタ１０が遮断され、トランジスタ１
６が導通したと仮定する。Ｉ　　がＡ コンデンサＣを流れてコンデンサＣを充電させる。

コンデンサＣにかかる電圧がＶｐに達すると次の回路遷
移が始まる。すなわち、トランジスタ１０が導通し始め
、トランジスタ１６が遮断され始める。それ故、トラン
ジスタ１８のベースの電圧が低下してそのエミッタ電圧
が下がる。このため今度はトランジスタ１４が遮断状態
を保ち、トランジスタ２０のベースの電圧が高い状態を
保つ。このようにして、高い電圧がトランジスタ１０’
１３よび１２のベース端子に加えられ、したがってトラ
ンジスタ１０の遮断状態から完全導通状態への遷移が加
速される。

■　　がコンデンサＣを流れ、これを反対方向Ｂ に充電させる。コンデンサＣが充電するにつれて、トラ
ンジスタ１６が導通し始め、トランジスタ１０が遮断さ
れ始める。トランジスタ１６が導通するにつれ、トラン
ジスタ２０のベースの電圧が低下してトランジスタ２０
を遮断状態に保ら、トランジスタ１２を遮断状態に保つ
。トランジスタ１８のベースの電圧が高くなるから、ト
ランジスタ１８が導通し、トランジスタ１６にベース・
ドライブを加え、したがってその遮断状態がら導通状態
への遷移を加速する。■ＸＡ（ＩＸＢ）を変えることに
より、回路の遷移周波数を上に示した式にしたがって変
えることができる。

わかるとおり、正のフィードバックは回路の遷移時間を
非常に短かくし、したがって高周波発振に対する線形性
が大きくなる。ただし、フィードバック径路が遷移中常
に活性でめることか必要である。残念ながら、抵抗器３
０および３２が必要である。これか無ければ、遷移時間
か鋭くなり過ぎ、したかつて正のフィードバックの効果
が減少するからである。すなわち、差動対（トランジス
タ１２および１４）か線形動作する遷移域が狭くなるた
め、遷移の始めにおけるエミッタ電流のわずかな変化で
は、正のフィードバックか引起されない。他方、これら
抵抗器は別の問題を発生する。

これら抵抗器は良好なフィードバック径路を確保するが
、ＶＤを変化させる可能性がある。更にこれら抵抗器は
温度／プロセス依存性で必る。第１図に示す回路では、
フィードバック径路は回路の休止状態期間中でも活性で
あることにも注目すべきである。したがって、Ｉｓは常
に流れ、抵抗器３０および３２に関連する問題が大きく
なる。最後に、■　と１　　　（’Ｉ　　　）とは関連
しているＳ　　　ＸＡ　　　ＸＢ ので、どんな変化がおってもそれらの関係は回路の直線
性を劣化させることになる。

本発明の目的は改良された可変周波数マルチバイブレー
タ回路を提供することでおる。

本発明の他の目的は制御電流に対する出力周波数の線形
性を高める改良された可変周波数マルチバイブレータ回
路を提供することである。

本発明の更に他の目的はフィードバック径路が遷移期間
中に限り動作可能な可変周波数マルチバイブレータ回路
を提供することである。

本発明の更に他の目的はタイミング・コンデンサにかか
る不要な電圧変動が最小限になる可変周波数マルチバイ
ブレータ回路を提供することで必る。

本発明のなお他の目的は制御電流が回路のフィードバッ
ク部分の電流に無関係な可変周波数マルチバイブレータ
回路を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明の広範な特徴によれば、第１および第２の端子を
備えたタイミング・コンデンサ、ならびに導通状態と遮
断状態との間を遷移することができ、タイミング・コン
デンサの第１の端子に接続されたエミッタ端子とベース
端子とコレクタ端子とを備えた第１のスイッチング・ト
ランジスタから成る可変周波数マルチバイブレータ回路
が提供される。導通状態と遮断状態との間を遷移するこ
とができる第２のスイッチング・トランジスタは、タイ
ミング・コンデンサの第２の端子に接続されたエミッタ
端子を僅え、かつベース端子および＝ルクタ端子を備え
ている。第１の電流源は第１のスイッチング・トランジ
スタのエミッタ端子と第１の電源端子との間に接続され
ている。第２の電流源は第２のスイッチング・トランジ
スタのエミッタ端子と第１の電源端子との間に接続され
ている。第１のフィードバック回路は第１のスイッチン
グ・トランジスタのベース端子およびコレクタ端子に接
続されて、第１のスイッチング・トランジスタが導通し
ているときこれに正のフィードバックを行い、第２のフ
ィードバック回路は第２のスイッチング・トランジスタ
のベース端子およびコレクタ端子に接続されて、第２の
スイッチング・トランジスタが導通しているときこれに
正のフィードバックを行う。第３の電流源は第１および
第２のフィードバック回路と第１の電源端子との間に接
続されており、第１および第２の電流源を流れる電流は
第３の電流源を流れる電流に無関係である。

（好適実施態様の説明） 本発明の上述のおよび他の目的、特徴、および利点は付
図と関連して行う以下の詳細な説明から一層明瞭に理解
されるであろう。

第２図に本発明の一実施例である可変周波数マルチバイ
ブレータ回路の回路図を示す。これはＮＰＮトランジス
タ４０．４２．４６．４８．５０．５２．５４、および
５６、抵抗器５８．６０．６２．６４．６６．６８．７
０．７２．７４、および７６、コンデンサ７８および８
０．タイミング・コンデンサＣ１および電流源ＩＳ、Ｉ
ＸＡおよび■　　から構成されている。

Ｂ トランジスタ４６および４８のエミッタは電流源Ｉ　を
経て供給源（たとえば、大地）に接続されでいる。トラ
ンジスタ４６および４８のコレクタ端子はそれぞれトラ
ンジスタ５４および５６のベース電極に、およびそれぞ
れ抵抗器７４および７６を経て第２の供給電圧源（Ｖｏ
ｏ）に接続されている。トランジスタ４６のベース電極
は抵抗器５８を経て大地に、ＡＣ結合用コンデンサ８０
の一方の端子に、およびトランジスタ５０のエミッタに
接続されている。トランジスタ４８のベースは抵抗器６
０を経て大地に、ＡＣ結合用コンデンサ７８の一方の端
子に、およびトランジスタ５２のエミッタに接続してい
る。トランジスタ５０および５２の］レクタは第２の電
圧源（ｖｏｏ）に接続されており、トランジスタ５０お
よび５２のベース電極はそれぞれ抵抗器７０および７２
を経て■。０に接続されている。

トランジスタ５４はＶ。０に接続されたコレクタおよび
抵抗器６２を経てトランジスタ４０のベースに接続され
たエミッタを僅えている。トランジスタ５６はＶ。０に
接続されたコレクタおよび抵抗器６４を経てトランジス
タ４２のベースに接続されたエミッタを備えている。Ａ
Ｃ結合コンデンサ７８および８０の他方の端子はそれぞ
れトランジスタ４０および４２のベースに接続されてい
る。トランジスタ５４および５６のエミッタはそれぞれ
抵抗器６６および６８を経て大地にも接続されている。

トランジスタ４０は、トランジスタ５０のベースに、ま
た抵抗器７０を経てＶ。０に接続されたコレクタを備え
ている。トランジスタ４２は、トランジスタ５２のベー
スに、また抵抗器７２を経てＶ。０に接続されたコレク
タを僅えている。トランジスタ４０および４２のエミッ
タはタイミング・コンデンサＣに（すなわち、それぞれ
ノード８２および８４に）接続されている。最後に、電
流源ＩＸＡおよびＩＸＢは大地とそれぞれノード８２お
よび８４との間に接続されている。

本発明の回路は次のにうに動作する。最初は回路は遷移
状態に無く、トランジスタ４０が遮断され、トランジス
タ４２が導通していると仮定する。

トランジスタ４０が遮断されている状態で、トランジス
タ５０のエミッタ電位はトランジスタ５２のエミッタ電
位より高く、トランジスタ４６を導通させる。ただし、
コンデンサ８０が定常状態では開回路として作用するの
で、トランジスタ５０のエミッタは回路の定常状態中は
トランジスタ４２のベースに結合されない。

トランジスタ４６か導通している状態で、トランジスタ
５４のエミッタ電位はトランジスタ５６のエミッタ電位
より低くなり、１〜ランジスタ４０のベースに低い電圧
が現われ、トランジスタ４０を遮断状態に保っている。

回路の他の半分に戻ると、トランジスタ４２が導通して
いる状態で、低い電圧がトランジスタ５２のベースに加
えられ、トランジスタ５２のエミッタ電位はトランジス
タ５０のエミッタ電位より低く保っている。この状態で
、低い電圧がトランジスタ４８のベースに加えられ、こ
れを遮断状態に保っている。トランジスタ４８が遮断さ
れているから、高い電圧がトランジスタ５６のベースに
加えられて定常状態を維持させている。回路が定常状態
にあるから、コンデンサ７８は開回路として作用し、し
たがってトランジスタ５２のエミッタはトランジスタ４
０のベースに結合されていない。

タイミング・コンデンサＣが充電するにつれて、トラン
ジスタ４０および４２が遷移を開始する。

すなわち、トランジスタ４０が導通し始め、トランジス
タ４２が遮断され始める。トランジスタ４０が導通し始
めると、トランジスタ５０を経て、トランジスタ４６が
遮断され始める。したがって、トランジスタ５４のベー
スの電圧が増大し、トランジスタ４０のベースに正のフ
ィードバックを行う。トランジスタ４２が遮断されるに
つれて、トランジスタ５２のエミッタ電位が上昇し、こ
れにより追加的なベース・ドライブがトランジスタ４０
にＡＣ結合コンデンサ７８を経て供給される。

又他方、トランジスタ５２を経てトランジスタ４Ｂが導
通し、トランジスタ５６を経てトランジスタ４２を更に
遮断する。同時に、トランジスタ５０のエミッタ電位変
化はコンデンサ８０を経てトランジスタ４２をより遮断
させる。回路は定常状態を再開し、コンデンサ７８およ
び８０は充放電を完了する。したがって、トランジスタ
５０および５２により、それぞれトランジスタ４２およ
び４０に供給される電圧は遷移期間中だけ変化し、定常
状態動作中は安定でおる。

第２図に示す回路のもう一つの特徴に注目すべきである
。すなわち、電流■ｓは電流■ＸＡまたは１　　に全く
無関係でおる。このようにして、Ｂ 回路の線形性か保存される。

トランジスタ４０を流れる電流はトランジスタ４０が遮
断され始め、トランジスタ４２が導通し始めるまでコン
デンｔすＣを再び充電する。前述の場合と同様にして、
正のフィードバックがトランジスタ５６によりトランジ
スタ４２のベースに供給され、ざらに遷移期間中トラン
ジスタ５０およびコンデンサ８０を通してトランジスタ
４２のベースに電圧をさらに増大することになる。

上の説明は例として示したに過ぎず、特許請求の範囲に
規定する本発明の範囲から逸脱することなく多くの変形
例および細部の変更か可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は従来技術の可変周波数マルチバイブレークの回
路図である。 第２図は本発明の一実施例でおる可変周波数マルチバイ
ブレータの回路図である。 ’ＸＡ、ＩＸＢ、ＩＳ’・・電流源、 Ｖｏｏ・・・電源電圧、 １０．１２，１４，１６，１８，２０，４０゜４２．４
６，４８，５０，５２．５６ ・・・トランジスタ、 ２２．２４，２６，２８．５８，６０，６２゜６４．６
６．６８．７０，７２，７４，７６・・・抵抗器、 ３０．３２・・・抵抗器、 ７８．８０．Ｃ・・・コンデンサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１および第２の端子を有するタイミング・コンデ
   ンサ； 導通状態と遮断状態との間を遷移することができ、前記
   タイミング・コンデンサの第１の端子に接続されたエミ
   ッタ端子を備え、かつベース端子およびコレクタ端子を
   備えている第１のトランジスタ； 導通状態と遮断状態との間を遷移することができ、前記
   タイミング・コンデンサの第２の端子に接続されたエミ
   ッタ端子を備え、かつベース端子およびコレクタ端子を
   備えている第２のトランジスタ； 前記第１のトランジスタのエミッタ端子と第１の電源端
   子との間に接続された第１の電流源；前記第２のトラン
   ジスタのエミッタ端子と前記第１の電源端子との間に接
   続された第２の電流源；前記第１のトランジスタのベー
   ス端子およびコレクタ端子に接続され、前記第１のトラ
   ンジスタが導通するときこれに正のフィードバックを与
   える第１のフィードバック回路； 前記第２のトランジスタのベース端子およびコレクタ端
   子に接続され、前記第２のトランジスタが導通するとき
   これに、正のフィードバックを与える第２のフィードバ
   ック回路；ならびに 前記第１および第２のフィードバック回路と前記第１の
   電源端子との間に接続された第３の電流源であつて、前
   記第１および第２の電流源を流れる電流が第３の電流源
   を流れる電流とは無関係である、第３の電流源； から成ることを特徴とする可変周波数マルチバイブレー
   タ回路。 ２、前記第１のフィードバック回路が： 前記第３の電流源に接続されたエミッタと、第２の電源
   端子に接続するためのコレクタと、ベースとを備えてい
   る第３のトランジスタ； 前記第３のトランジスタのベースおよび前記第１の電源
   端子に接続されたエミッタと、第２の電源端子に接続さ
   れたコレクタと、前記第２の電源端子および前記第１の
   トランジスタのコレクタに接続されたベースとを備えて
   いる第４のトランジスタ；ならびに 前記第３のトランジスタのコレクタに接続されたベース
   と、前記第２の電源端子に接続されたコレクタと、前記
   第１のトランジスタのベースに接続されたエミッタとを
   備えている第５のトランジスタ； から成ることを特徴とするところの、請求項１記載のマ
   ルチバイブレータ回路。 ３、前記第２のフィードバック回路が： 前記第３の電流源に接続されたエミッタと、前記第２の
   電源端子に接続されたコレクタと、前記第１の電源端子
   に接続されたベースとを備えている第６のトランジスタ
   ； 前記第６のトランジスタのベースおよび前記第１の電源
   端子に接続されたエミッタと、前記第２の電源端子に接
   続されたコレクタと、前記第２の電源端子および前記第
   ２のトランジスタのコレクタに接続されたコレクタとを
   備えている第７のトランジスタ；ならびに 前記第６のトランジスタのコレクタに接続されたベース
   と、前記第２の電源端子に接続されたコレクタと、前記
   第２のトランジスタのベースに接続されたエミッタとを
   備えている第８のトランジスタ； から成ることを特徴とするところの、請求項２記載のマ
   ルチバイブレータ回路。 ４、前記第１のトランジスタが遮断状態から導通状態に
   遷移するとき前記第１のトランジスタに対して追加的駆
   動を与えるための第１の手段；ならびに 前記第２のトランジスタが遮断状態から導通状態に遷移
   するとき前記第２のトランジスタに対して追加的駆動を
   与えるための第２の手段； をさらに備えている請求項３記載のマルチバイブレータ
   回路。 ５、前記第１の手段が前記第１のトランジスタのベース
   に接続された第１の端子と前記第７のトランジスタのエ
   ミッタに接続された第２の端子とを備えているコンデン
   サから成るところの、請求項４記載のマルチバイブレー
   タ回路。 ６、前記第２の手段が前記第２のトランジスタのベース
   に接続された第１の端子と前記第４のトランジスタのエ
   ミッタに接続された第２の端子とを備えているコンデン
   サから成るところの、請求項５記載のマルチバイブレー
   タ回路。