JPH0428170B2 - - Google Patents

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JPH0428170B2
JPH0428170B2 JP61003447A JP344786A JPH0428170B2 JP H0428170 B2 JPH0428170 B2 JP H0428170B2 JP 61003447 A JP61003447 A JP 61003447A JP 344786 A JP344786 A JP 344786A JP H0428170 B2 JPH0428170 B2 JP H0428170B2
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JP
Japan
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emitter
transistor
voltage
controlled oscillator
voltage controlled
Prior art date
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JP61003447A
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JPS62163412A (ja
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Takashi Sase
Kazuo Kato
Hideo Sato
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Oscillators With Electromechanical Resonators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電圧制御発振器に係り、特に低電圧動
作電源で広範囲にわたつて良好な発振周波数を得
るに好適なエミツタ結合マルチバイブレータ形電
圧制御発振器に関する。
〔従来技術〕
従来、エミツタ結合マルチバイブレータ形電圧
制御発振器については、JohnWiley & Sons
Inc.p571〜575(1984年)におけるA.B.
GREBENEによる“BIPOLAR AND MOS
ANALOG INTEGRATED CIRCUTT
DESIGN”と題する書籍において論じられてい
る。
この発振器は2IOR≧Vd(ただし、IOは電圧制
御電流源の定電流、Rは負荷の抵抗、Vdはクラ
ンプダイオードのドロツプ電圧)の動作条件でク
ランプされると、発振周波数Oは次式で求まる。
O=IO/4CVd ……(1) ただし、Cはタイミング容量 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、発振器を広い範囲にわつた動作
させるには、抵抗Rを必要な発振周波数Oの下
限値、即ち定電流IOの最小値に設定する。この
ため、動作条件からRを大きな値に選ぶ必要があ
る。
また、(1)式はトランジスタの電流増幅率βが非
常に大きいとしてベース電流IBを無視して表わ
しているが、今回のように広い動作範囲ではRが
大きいため、IBの影響を考えると、(1)式は次の
ように表わされる。
O=IO/4C(Vd−IBR) ……(2) したがつて、この式からOはIBの変動(発振
周波数や温度特性によるβの変化)を受けるた
め、発振器として広範囲にわたり良好な動作を得
ることが難しい。
本発明の目的は、ベース電流変動影響を低減
し、広い範囲にわたつて良好な動作条件を確保す
るに好適な低電源動作のエミツタ結合マルチバイ
ブレータ形電圧制御発振器を提供することにあ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
一対の利得段と、エミツタフオロワバツフア段
と、抵抗とクランプダイオードを有する負荷と、
電圧制御電流源と、タイミング容量から成るエミ
ツタ結合マルチバイブレータ形電圧制御発振器に
おいて、負荷の抵抗として能動素子を使用し、こ
の能動素子のオンオフ動作のためにエミツタフオ
ロワバツフア段の出力をもとに交叉結合してなる
駆動手段を設けたことが特徴である。
〔作用〕
これにより一方の利得段が導通のときその負荷
の能動素子がオフになるように、もう一方の利得
段はオフにあるのでその負荷の能動素子をオンに
なるように駆動することにより、2IORoff≧Vd、
IBRon≪Vdなる動作条件(Ron、Roffは能動素
子のオン及びオフ抵抗、Vdはクランプダイオー
ドのドロツプ電圧、IBはベース電流)をつくり、
ベース電流IBの変動影響を低減して電圧制御発
振器の周波数特性や温度特性を大幅に改善でき
る。
更に、前記条件の他に2IORonVd/2、
RonCs<1/8Oの条件(ただし、Csは負荷の寄
生容量、Oは電圧制御発振器の発振周波数)を
加えることにより、発振周波数のスイツチング特
性を改善でき周波数特性の向上を図ることができ
る。
また、前記能動素子の駆動手段に電圧制御電流
源の定電流IOにリンクした定電流を供給するこ
とにより、低いIO時にベース電流IBもリンクし
て低減できるので、IOの電流精度の向上を図る
ことができる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を第1図〜第6図を用い
て詳細に説明する。特に、能動素子としてMOS
素子を用いて説明する。11と12はそれぞれト
ランジスタで、一対の利得段である。トランジス
タ11のコレクタにはクランプダイオード13と
MOS素子15からなる負荷、及びトランジスタ
21と定電流源27からなるエミツタフオロワバ
ツフア段が電源端子4から接続される。一方、ト
ランジスタ12のコレクタにはクランプダイオー
ド14とMOS素子16からなる負荷、及びトラ
ンジスタ22と定電流源28からなるエミツタフ
オロワバツフア段が電源端子4に接続される。な
お、定電流源27と28は同一の電流値を供給す
る。
トランジスタ11のベースはMOS素子15の
ゲート、トランジスタ22のエミツタ、及び第2
の出力端子2に接続される。一方、トランジスタ
12のベースはMOS素子16のゲート、トラン
ジスタ21のエミツタ、及び第1の出力端子1に
接続される。なお、第1及び第2の出力端子には
逆相の出力波形が得られる。
トランジスタ11のエミツタはコンデンサ19
の一端及び電圧制御電流源17に接続される。一
方、トランジスタ12のエミツタはコンデンサ1
9のもう一方の一端及び電圧制御電流源18に接
続される。そして、電圧制御電流源17と18は
同一の制御電圧を印加する制御端子3に接続され
る。
次に、動作を説明する。今、トランジスタ11
がオフ、トランジスタ12がオンの状態を考える
と、トランジスタ12のベースはVCC−Vd(VCC
は電源端子4に印加する電源電圧、Vdはクラン
プダイオード13,14のドロツプ電圧、及びト
ランジスタ11,12,21,22のベース・エ
ミツタ電圧の総称)となり、更にエミツタはVCC
−2Vdとなる。一方、トランジスタ11のベース
はVCC−2Vdとなつている。このとき、MOS素子
15のゲートVGSには、−2Vdが、MOS素子16
のゲートVGSには、−Vdが印加されているので、
MOS素子15及び16の抵抗はそれぞれオン抵
抗Ron(低い抵抗値)、及びオフ抵抗Roff(高い抵
抗値)になる。又、トランジスタ12には電圧制
御電流源17と18の定電流の総称2IO(IOは電
圧制御電流源17,18の設定電流)が流れる。
この電流はトランジスタ12のエミツタで電圧制
御電流源18に引き込まれるIO分と、タイミン
グ容量19を介して電圧制御電流源17に引き込
まれるIO分に分岐される。よつて、トランジス
タ11のエミツタはIO/C(Cはタイミング容量
19)の傾斜で下がり、このエミツタがVCC
3Vd以下になると、このベースはVCC−2Vdなの
でトランジスタ11はオンになる。すると、トラ
ンジスタ12に代わつてトランジスタ11に2IO
になる電流が流れ始め、トランジスタ11のエミ
ツタはVCC−2Vdとなるとともにトランジスタ1
2をオフの状態にする。このとき、トランジスタ
11のエミツタはVCC−3VdからVCC−2VdとVd
分上昇したため、このVdの上昇はタイミング容
量19を介してトランジスタ12にも伝達されそ
のエミツタをVCC−Vdにする。このような動作を
半サイクルとしてトランジスタ11と12が交互
にオンして発振を繰返す。
この動作の各部の発振波形を第3図に示す。a
は第1の出力端子1、即ちトランジスタ12のベ
ースの波形、bは第2の出力端子2、即ちトラン
ジスタ11のベースの波形cはトランジスタ12
のエミツタの波形、dはトランジスタ11のエミ
ツタの波形、eはタイミング容量19の両端の波
形を表わしている。
上述の動作において、MOS素子15,16を
直接エミツタフオロワバツフア段の出力(VCC
VdとVCC−2Vd)で駆動できることはトランジス
タ12又は11がオンのときの動作条件2IOR
VdのRをRoffと大きくできること、トランジス
タ11又は12がオフのときの第2式に示すIBR
の項をIBR≪VdになるようにRをRonと小さく
できることにある。これにより、後者よりIBの
変動を受けなくできるので出力スイングとして
Vdの振幅が得られ、かつ前者より低周波動作が
可能となり、広い範囲にわたつて良好な発振周波
数を得ることができる。
また、第4図に本発明の他の実施例を示す。第
1図と相当部品には同一符号で示してある。第4
図において、第1図図示実施例と異なる点は、
MOS素子15,16の駆動手段として一対の差
動対を設け、一対の差動対の出力を交叉して
MOS素子15,16に接続し、そのゲートを駆
動して駆動振幅を任意に広げるようにしたことに
ある。この部分の構成は、トランジスタ31,3
2,33、抵抗34,35、及び電圧制御電流源
36からなる差動増幅対とトランジスタ41,4
2,43、抵抗44,45、及び電圧制御電流源
46からなる差動増幅対がダイオード接続の
MOS25を介して電源端子4に接続される。そ
して、一対の差動増幅対の一方の入力はエミツタ
フオロワバツフア段の出力にダイオード接続の
MOS23又は24を介して接続される。また、
一対の差動増幅対のもう一方の入力はトランジス
タ51、ダイオード接続のMOS52、抵抗53,
54、及び電圧制御電流源55からなる基準電圧
発生回路の出力に接続される。
これによる効果は、差動対の増幅率をトランジ
スタ33又は43のベース・エミツタ電圧をVd、
抵抗34又は44をR1、抵抗35又は45をR2
とすると、(1+R1/R2)Vdと設定できるので、
抵抗の比率を変えることにより所望のゲート駆動
振幅を得ることができる。即ち、第5図の動作波
形に示したように、aの第1の出力端子1の波形
やbの第2の出力端子2の波形を差動対で同相増
幅するとfにaに対応した波形、gにbに対応し
た波形となる。
また、差増幅動対はダイオード接続のMOS2
5を介して接続されるため、差動増幅対の出力に
は第5図のf,gに見られるようにVCC−VGS
(VGSはMOS25、MOS素子15,16のゲート
電圧)が得られる。したがつて、MOS素子15,
16に合つたゲート電圧で駆動でき、かつMOS
素子15,16のゲート電圧が温度や電源電圧等
の変動によつて変化してもMOS25のゲート電
圧も同様に変化するので前述のゲート駆動振幅が
温度等の影響を受けなくできる。なお、この駆動
手段にはこれらの他に温度等による影響を除去す
るのにMOS23と52、MOS24と52、トラ
ンジスタ31と32、トランジスタ41と42の
ようにペア構成で対処している。
また、発振周波数Oのスイツチング特性の向
上には、MOS素子15,16のオン抵抗Ronの
値が重要なポイントとなり、次のような制限条件
を満足することが必要になる。
(1) 例えば、利得段のトランジスタ11又は12
がオフからオンに完全に反転するためのトリガ
条件を2IORonVd/2に考える。
(2) トランジスタ11又は12のコレクタの寄生
容量CSを考えると、トランジスタ11又は1
2のコレクタが電源電圧にプルアツプされるた
めの時定数の条件を、Ron・CS<1/8Oと考
える。
したがつて、両者の境界条件から求めたRonは
第6図のようになる。この図からは、2つの曲線
ではさまれた部分にRonのあること、Ronは発振
周波数Oにより変動することが云える。これら
を対策した回路構成は第4図に示したように、制
御端子3に印加された制御電圧に対応した電流
IOにリンクした定電流を電圧制御電流源27a,
28a,36,46及び55に供給することであ
る。特に、電圧制御電流27a,28a,55と
電圧制御電流36,46の電流比率は1:2が好
ましい。
このようにして、電圧制御発振器を広い範囲に
わたつて良好に動作されることができる。
また、第1図、第4図に示した本発明の実施例
では直列に接続されたトランジスタの段数が少な
いので低電圧電源を用いても安定に動作できる。
また、本発明の他の一実施例として第4図のト
ランジスタ33、抵抗34,35の代わりに、抵
抗を用い、その電圧降下でゲート駆動振幅を得る
こともできる。
また、能動素子としてMOS素子を用いたが、
他の半導体素子を代わりに使用することもでき
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、エミツタ結合マルチバイブレ
ータ形電圧制御発振器の負荷抵抗をスイツチに代
えて、スイツチをクランプダイオードが不導通の
ときオンにすることにより、高周波におけるトラ
ンジスタのベース電流の変動が除去でき、またク
ランプダイオードが導通のときオフにすることに
より、低周波まで発振できるので、広い範囲にわ
たつて良好な動作を行うことができる効果があ
る。
また、スイツチのオン時の抵抗を発振周波数に
連動できるので発振周波数のスイツチング特性の
向上を図ることができる。
また、電圧制御発振器の構成で直列段数が少な
いので低電圧電源で動作することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の電圧制御発振器の一実施例を
示す回路、第2図は第1図においてスイツチとし
て用いたMOSの特性図、第3図は第1図の各部
の動作波形を示す図、第4図は本発明の電圧制御
侵振器のほかの一実施例を示す回路図、第5図は
第4図の各部の動作波形を示す図、第6図は制限
条件をグラフ化した図である。 1……第1の出力端子、2……第2の出力端
子、3……制御端子、4……電源端子、11,1
2,21,22……トランジスタ、13,14…
…クランプダイオード、15,16……MOS素
子、17,18……電圧制御電流源、19……タ
イミング容量、27,28……定電流源、23,
24,25,52……MOS、27a,28a,
36,46,55……電圧制御電流源、34,3
5,44,45,53,54……抵抗、31,3
2,33,41,42,43……トランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 トランジスタからなる一対の利得段と、前記
    トランジスタの各コレクタに、並列接続した負荷
    用の抵抗とダイオードを直列接続し、前記各トラ
    ンジスタのエミツタに外部からの電圧制御信号に
    よつて定電流流を供給する電圧制御電流源を接続
    し、前記利得段のトランジスタのエミツタ間をコ
    ンデンサで接続したエミツタ結合マルチバイブレ
    ータ型の電圧制御発振器において、前記負荷抵抗
    にスイツチング素子を用いて、前記スイツチング
    素子及び前記トランジスタのオンオフ動作信号
    を、前記一対の利得段に交叉結合した一対のエミ
    ツタフオロアバツフア段の出力により得ることを
    特徴とするエミツタ結合マルチバイブレータ形の
    電圧制御発振器。 2 特許請求の範囲第1項記載の電圧制御発振器
    において、前記電圧制御発振器の各出力端子と電
    源端子の間にそれぞれレベルシフト用の能動素子
    を介して正相側負荷のみ抵抗を有する非反転構成
    の差動増幅器を設け、前記差動増幅器の出力を前
    記スイツチング素子のゲート電極に交叉結合した
    ことを特徴とするエミツタ結合マルチバイブレー
    タ形の電圧制御発振器。
JP344786A 1986-01-13 1986-01-13 電圧制御発振器 Granted JPS62163412A (ja)

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JPS62163412A JPS62163412A (ja) 1987-07-20
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Families Citing this family (2)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2553692B2 (ja) * 1989-03-03 1996-11-13 株式会社日立製作所 クロック発生装置及び周波数ー電流変換回路
JPH04129317A (ja) * 1990-09-20 1992-04-30 Nec Ic Microcomput Syst Ltd 発振回路

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JPS546443A (en) * 1977-06-16 1979-01-18 Sharp Corp Voltage control oscillation circuit
JPS60128709A (ja) * 1983-12-16 1985-07-09 Hitachi Ltd 電圧制御発振回路

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