JPH02264503A - 電圧制御発振回路 - 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） 本発明はコルピッツ型電圧制御発振回路に関し、特に周
波数限定素子として弾性表面波共振子あるいは水晶振動
子を使用する電圧制御発振回路に関する。

（従来技術） 電圧制御発振回路（以下■ＣＯと称す）は電圧可変容量
素子を用い、該素子に印加する電圧を変化することによ
ってその容量を変化し、発振周波数を制御するものであ
る。第４図は従来のコルピッツ型ＶＣＯの例であり、発
振トランジスタＴｒのベースＢとエミッタ８間及び該エ
ミッタとアース問答々に帰還コンデンサＣ１、Ｃ２を、
又、ベースＢとアース間には誘導素子Ｌ１と電圧可変容
量素子Ｃｖとを直列接続したもので、その他、制御電圧
印加用抵抗Ｒ１、トランジスタバイアス用抵抗Ｒ２、Ｒ
３、チョークコイルＬ２、結合コンデンサＣ３、側路コ
ンデンサＣ４より構成する。

この構成における発振動作については既によく知られて
いるので詳細な説明は省略するが、発振周波数はＬｌ、
Ｃｖ、Ｃ１、Ｃ２によってほぼ決定される。ここで特に
Ｃｖの容量はその両端に印加する電圧によって変化する
ため、結局、発振周波数はＣｖに印加する電圧によって
決定する。

発振素子の一部である誘導素子は使用周波数によって異
なるが、ソレノイドコイル、ストリップライン、その他
種々のものが使用される。しかしこれらの誘導素子は寸
法的にも大きく、又、電気的、機械的にも外乱の影響に
より発振周波数に影響を受けやすいものである。このよ
うな周波数の変化は直ちに機器の雑音となり得るもので
あるから、これを防止するためＶＣＯ全体を遮蔽する等
種々の対策が必要となる。

上記問題を解決するために、従来から前記誘導素子の替
わりに弾性表面波共振子（以下ＳＡＷ共振子と称す）を
使用することが行われている。ＳＡＷ共振子はコイルに
比べ物理的寸法が小さく、又、磁気誘導の影響も小さい
、更に基板状の平面的な薄膜電極で構成されるので、機
械的にも安定なものである。従って電気的、＠械的にも
外乱に対して安定であり、ＶＣＯ全体として小型にまと
めることができる利点を持つ。

しかしながら上述したような従来の■ＣＯでは次のよう
な欠点があった。

即ち、ＳＡＷ共振子の直列共振点から周波数の高い方に
離調した点で急激にＳＡＷ共振子の等個直列抵抗が増大
する。このため前記離調した周波数における抵抗の増大
によって発振レベルの低下を生じ、更には発振が停止す
る。従ってＳＡＷ共振子を用いた■ＣＯは周波数の可変
幅に制限を受けることになり、発振周波数の可変幅が小
さい。

この点を詳述すると次の通りである。即ち、第４図ａの
従来のコルピッツ型ＶＣＯを等価的に書き換えれば第４
図すのように増幅回路側は負性抵抗−Ｒと負荷容量Ｃ１
に直列にＳＡＷ共振子Ｘの並列容量ＣＯと直列抵抗ＲＯ
及び周波数調整用の電圧可変容量素子Ｃｖとが接続され
たものとなる。

一方、−ＪＲ的なコルピッツ発振回路におけるＳＡＷ共
振子Ｘの等個直列抵抗Ｒｓは周知のようにＲｓ＝ＲＯ（
１＋ＣＯ／Ｃ１’）　２　　　　（１）と表わされるが
、発振条件として回路側負性抵抗−Ｈの絶対値を（１）
式にて示す抵抗Ｒｓより大きく設定しなければならない
。即ち、 Ｒｓ＜　ｌ　−Ｒｌ　　　　　　　　　　　　　　　　
（２）しかるに、前記第４図すに示したようにＳＡＷ共
振子Ｘと増幅回路との間に直列に電圧可変容量素子が存
在すると前記（１）式における負荷容量Ｃ１°は増幅回
路が本来有する負荷容量Ｃ１と電圧可変容量素子Ｃｖと
の直列合成容量でありＣ１’　＝Ｃ１＊Ｃｖ／　（Ｃｖ
十Ｃ１）　　　　（３）となる。

従って、く１）式におけるＳＡＷ共振子Ｘの等個直列抵
抗Ｒｓは発振周波数を高くするためにＣＶを小さくして
いくにつれて大きくなる。このため発振レベルが低下し
、ついには（２）式の発振条件を満たさず発振停止する
ため、発振周波数の変化幅が小さくなる。

この対策としては発振素子であるＳＡＷ共振子のａｂ端
から見た発振回路側のりアクタンス変化を大きくするこ
とが必要である。このためには同一の電圧可変容量素子
を使う場合、ｂｃ端から発振回路側を見た容量性リアク
タンスは極力小さいことが望ましく、Ｃｉ、Ｃ２を大き
くすればよいことになる。

一方、誘導素子Ｌ１の両端から見た負性抵抗ＲはＣ１、
Ｃ２及びトランジスタの定数によって決まり、次式で示
される。

−Ｒ＝−ｇｍ／　（ω２（Ｃｂｅ＋Ｃ１）Ｃ２）　　　
（４）但し、ω　二角周波数 ｇｍ：コンダクタンス Ｃｂｅ：）ランジスタベースエミッタ間容量この負性抵
抗の絶対値を大きくするにはＣ１、Ｃ２を小さくすれば
よいことになる。

即ち、第４図においてＬｌの替わりにＳＡＷ共振子を入
れ換えただけでは周波数可変幅を得るということと、発
振回路の負性抵抗を増加するということは、相反する。

この両者を適当な範囲で満足するように０１、Ｃ２を決
定することになるので、周波数の可変範囲におのずと限
界があった。

これと同じようなことは一般のコルピッツ発振回路にも
いえることであり、この問題を解決するため本願出願人
は特開昭６３−２７２２０７に開示されるような案を提
案済みである。即ち、帰還コンデンサの少なくとも一方
を可変コンデンサとするものである。

前記発明の明細書中、ＶＣＯにも適用可能との記述があ
るが、これは単に帰還コンデンサＣ１又はＣ２のいずれ
かを可変にすることを示唆するにすぎない。

（発明の目的） 本発明は上述したような従来のＶＣＯの欠点を除去する
ためになされたものであり、本願出願人が既に提案済み
のコルピッツ発振回路を更にＶＣＯに応用したものであ
って、周波数安定度が高く、かつ周波数可変幅が広いｖ
ＣＯを提供することを目的とする。

（発明の概要） 上記目的を達成するため、本発明は次のように構成する
。

即ち、コルピッツ型電圧制御発振回路において、帰還コ
ンデンサＣ１又はＣ２の少なくともいずれか一方を電圧
可変容量素子とし、該素子に印加する電圧を制御するこ
とによって負性抵抗が大となるように構成するものであ
る。

（実施例） 以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、発振ト
ランジスタＴｒのベースＢとエミッタＥ間に帰還コンデ
ンサＣ１を、又、該エミッタＥとアース間に電圧可変容
量ダイオードＣｖを、ベースＢとアース間にはＳＡＷ共
振共振子育続したもので、その他制御電圧印加用抵抗Ｒ
１、トランジスタバイアス用抵抗Ｒ２、Ｒ３、チョーク
コイルＬ２、結合コンデンサＣ３、Ｃ５及び側路コンデ
ンサＣ４より構成する。

同図が前記第４図と異なるところは、第４図の０２を電
圧可変容量素子Ｃｖで置き換えると共に、ＳＡＷ共振共
振子育列に接続していた電圧可変容量素子を除去したも
のである。Ｃ１は発振回路の必要最小の負性抵抗値を得
るような、極力大きな容量とする。

このように構成すれば、発振周波数を増加させるために
Ｃｖを小さくするにつれ発振回路の負性抵抗は増大する
方向に働くので、これによってＳＡＷ共振子の等個直列
抵抗の増加を補償することができる。従って第４図にお
けるような可変幅と負性抵抗の増加に相反する条件がな
く、設計は容易となる。

この方式の具体例を以下に述べる６本例はラブ波を用い
ることにより、従来に比し、共振回路の容量比を小さく
したＳＡＷ共振子を用いたＶＣＯについての実施例であ
る。

第２図はこの実施例についての発振回路側の負性抵抗と
共振子の正抵抗を可変容景値の変化に対する特性として
計算したものである０本例の場合、食性抵抗は常に等個
直列抵抗に対し数倍の大きさを示し、類似の変化特性を
示す、よって広い周波数範囲に渡ってく２）式に示す発
振条件を満たすため、発振レベルの低下を起こさずに発
振する。

なお、この計算値に用いた各要素の定数は、第１図ａに
おいてＣ１＝１００ｐＦ、Ｃｖ＝１〜３０ｐｐ、トラン
ジスタのエミッタ直流電流Ｉｅ＝１ｍＡ、直流電流増幅
率β＝１２０、同図すにおいてＲＯ＝３．１Ω、ＣＯ＝
２４．５ｐＦ、又発振周波数を５０ＭＨｚとした場合で
ある。

本発明は以下のように変形してもよい。即ち、発振周波
数の変化幅を更に拡大するために第３図に示すように共
振素子に直列に誘導素子Ｌ３を挿入しても前述の効果は
同様である。但しその場合は外乱による影響を避けるた
め、誘導素子Ｌ３の値をあまり大きくすることはできず
、全体の２割程度までとする。

又、電圧可変容量素子への印加電圧を温度によって変化
することにより、本発明を温度補償型にも適用可能であ
ることはいうまでもない。

（発明の効果） 本発明は以上説明したように発振回路の負性抵抗はＣｖ
の値を小さくした場合に即ち発振周波数を高い方に制御
した場合でも共振子の等測的な直列抵抗の増加に対応し
て増加するので、発振レベルの減少を最小限にとどめる
ことができる。従ってＳＡＷ共振子あるいは水晶振動子
を用いたＶＣＯを構成する場合に本方式によれば、可及
的に広い周波数可変幅を発振レベルの変動を最小限で実
現する上で著しい効果がある。

又、電圧可変容量素子を帰還コンデンサをとしても働か
せるため、部品点数を削減でき、費用低減する効果もあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の一実施例を示す回路図、同図すはＳ
ＡＷ共振子あるいは水晶振動子の等価回路図、第２図は
第１図におけるａｂ端から見た発振回路側の負性抵抗及
び共振子の等個直列抵抗をＣｖの変化に対する特性とし
て示した図、第３図は共振子に伸張コイルを付加した場
合の回路図、第４図ａは従来のコルピッツ型■Ｃｏの回
路図、同図すはその等価回路図である。 Ｃ１・・・・・・・・・帰還コンデンサ、Ｃｖ・・・・
・・・・・電圧可変容量素子、Ｘ・・・・・・・・・Ｓ
ＡＷ共振子あるいは水晶振動子、Ｔｒ・・・・・・・・
・発振トランジスタ特許出願人　東洋通信機株式会社

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）コルピッツ型電圧制御発振回路において、帰還コ
   ンデンサの少なくともいずれか一方を電圧可変容量素子
   とし、該素子に印加する電圧を調整することによって容
   量を変化し、発振周波数を制御することを特徴とした電
   圧制御発振回路。
2. （２）周波数限定素子として圧電振動子あるいは共振子
   を用いたことを特徴とする特許請求の範囲１項記載の電
   圧制御発振回路。
3. （３）圧電振動子が弾性表面波共振子であることを特徴
   とした特許請求の範囲２項記載の電圧制御発振回路。