JPH04373302A - 電圧制御発振器 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧制御発振器に関し
、更に詳しくは、発振子として圧電振動子を備えた電圧
制御発振器に関する。

【０００２】電圧制御発振器は、デジタルオーディオ機
器或いは通信機器の位相同期回路（ＰＬＬ回路）等に広
く利用されている。これら用途に使用される電圧制御発
振器においては、特に発振周波数の安定なことが望まれ
ており、例えばデジタルオーディオテープ（ＤＡＴ）の
信号再生部に使用されるＰＬＬ回路の電圧制御発振器に
おいても、発振子として安定な発振周波数を可能とする
圧電振動子の使用が不可欠となっている。

【０００３】ところが、安定な発振周波数を得ることが
できる圧電振動子を備えた電圧制御発振器では、一般に
ＬＣ共振回路やＩＣを発振子として備えた電圧制御発振
器に比してその発振周波数の可変幅が狭いため、例えば
ＰＬＬ回路において広い位相同期幅を得るためにはこの
可変幅を広くする工夫が必要である。

【０００４】

【従来の技術】図４に、圧電振動子を発振子として採用
した従来の電圧制御発振器の回路図を例示する。同図に
おいて、インバータＩＮＶ、帰還抵抗器Ｒ１及び帰還コ
ンデンサＣｏがこの電圧制御発振器の発振部を構成し、
制御電圧入力部ＩＮ、抵抗Ｒ２、圧電振動子Ｘ及び可変
容量ダイオードＤｃがその共振部を構成している。この
電圧制御発振器では、共振部の共振周波数によって定ま
る発振周波数によって発振する。

【０００５】共振部において、例えば入力電圧Ｖｉｎを
０〜５Ｖ迄変化させると、可変容量ダイオードＤｃの容
量Ｃを例えば１０〜１００ｐＦ程度迄変化させることが
でき、この可変容量ダイオードＤｃの容量変化によって
電圧制御発振器の発振周波数が変化する。　一般に可変
容量ダイオードの容量Ｃは、このように１０倍程度まで
の可変幅を得ることができ、現在のところ製作可能な可
変容量ダイオードでは、この容量Ｃの可変範囲としては
、概略１０〜１００ｐＦ乃至１００〜１０００ｐＦ程度
までが得られる。

【０００６】圧電振動子の等価回路は、Ｒ−Ｌ−Ｃの直
列共振回路と電極間容量（並列コンデンサ）との並列回
路として表わされる。即ち、圧電振動子は、一般にＲｓ
、Ｌｓ及びＣｓの直列回路と並列コンデンサＣｄとによ
って図３（ａ）のようにその等価回路が表わされる。か
かる圧電振動子Ｘを備える図４の電圧制御発振器におけ
る発振周波数ｆは、入力電圧Ｖｉｎに従って変化する可
変容量ダイオードＤｃの容量をＣとして次の式、ｆ＝ｆ
ｒ｛１＋１／２γ（１＋Ｃ／Ｃｄ）｝で表わされる。こ
こで、ｆｒは圧電振動子Ｘの直列共振周波数であり、ｆ
ｒ＝１／２π（Ｌｓ・Ｃｓ）１／２と表わされ、また、
γは圧電振動子Ｘの等価回路定数で、γ＝Ｃｄ／Ｃｓで
ある。なお、並列及び直立コンデンサＣｄ及びＣｓの容
量を夫々Ｃｄ及びＣｓとして示した。

【０００７】図５は、上記式の関係を図示したもので、
縦軸にｆ／ｆｒを、横軸に入力電圧Ｖｉｎによって変化
する可変容量ダイオードの容量Ｃをとったものである。 なお、同図では、一例として圧電振動子の等価回路定数
γが７．５、並列コンデンサの容量Ｃｄが２ｐＦの場合
を示している。発振周波数ｆは、前記式から容易に理解
できるように、圧電振動子の等価回路定数γのできるだ
け小さいものを使用することによってその可変幅を大き
くとれるものであるが、図５に示されるように、可変容
量ダイオードＤｃの容量値Ｃが小さい範囲、特にＣが１
０ｐＦ以下の範囲において大きく変動しており、その可
変幅を広げるためには、できるだけ容量の下限が小さい
可変容量ダイオードを採用することも有効である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】例えば、ＤＡＴの信号
再生部に使用されるＰＬＬ回路の電圧制御発振器の場合
には、前記の如く発振子として圧電振動子を採用する必
要があり、更にこの圧電振動子として、γが小さく発振
回路の周波数可変幅が比較的大きくとれるリチウムタン
タレートが使用されている。

【０００９】ところが、ＤＡＴにおいて要求される電圧
制御発振器の可変幅に対して、圧電振動子の温度特性或
いはオーディオ機器における電源電圧の変動を考慮する
と、このリチウムタンタレートによって得られる周波数
可変幅も必ずしも十分ではなく、また周波数可変幅をリ
チウムタンタレートよりも広くとれる圧電振動子は現在
知られていない。このためリチウムタンタレートを採用
した上で、容量値の変化幅ができるだけ大きな可変容量
ダイオード、特にその容量値の下限をできるだけ小さく
して、発振周波数について要求される広い可変幅を得る
努力がなされている。

【００１０】しかし、可変容量ダイオードによって得ら
れる容量値の変化幅については前記の如く限界があり、
従来、必ずしも前記要求を満たすに十分な周波数可変幅
が得られなかった。このため、周波数可変幅を広くとる
ことができる圧電振動子を備える電圧制御発振器が望ま
れていた。

【００１１】本発明は、前記従来の電圧制御発振器の発
振周波数の可変幅の問題に鑑み、圧電振動子を発振子と
して備え且つ発振周波数の可変幅が大きくとれる電圧制
御発振器を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を達成するための手段】図１は本発明の原理図で
ある。同図において、１は発振部及び周波数制御部を含
む電圧制御発振器の回路部分、Ｘ１及びＸ２は夫々圧電
振動子である。

【００１３】前記目的を達成するため、本発明の電圧制
御発振器は、図１に示したように、等価回路定数が近似
する少なくとも二つの圧電振動子Ｘ１、Ｘ２を相互に並
列に接続して備えることを特徴とするものである。

【００１４】

【作用】等価回路定数が近似する２以上の圧電振動子を
相互に並列に接続すると、並列に接続された圧電振動子
全体の等価回路においては、並列コンデンサＣｄ１及び
Ｒ−Ｌ−Ｃ直列回路のコンデンサ（直列コンデンサ）Ｃ
ｓ１が夫々大きな容量値を有し、全体の等価回路定数γ
１が個々の圧電振動子の等価回路定数γと近似した値と
なる。従って、電圧制御発振器の発振周波数は、可変容
量ダイオードの容量Ｃと前記大きな容量値となった並列
コンデンサの容量Ｃｄ１の比であるＣ／Ｃｄ１によって
ほぼ定まり、等価的に可変容量ダイオードの容量Ｃの下
限が小さくなったことに相当し、発振周波数の可変幅が
広くとれる。以下更に詳しく説明する。

【００１５】ここでは、計算を簡単にするために、並列
接続される圧電振動子は２つとし、且つ双方の圧電振動
子の等価回路が相互に同じ回路定数で表わされる場合を
考える。図３（ａ）の等価回路で表わされる圧電振動子
を二つ並列に接続した場合の等価回路を同図（ｂ）に示
す。この回路は簡単な計算から容易にわかるように同図
（ｃ）に示したものと等価である。

【００１６】図３（ｃ）の等価回路を有する圧電振動子
の等価回路定数γ１は、γ１＝２Ｃｄ／２Ｃｓ＝Ｃｄ／
Ｃｓであり、同図（ａ）で示された個々の圧電振動子の
等価回路定数γと同じである。

【００１７】従って、上記の如く二つの圧電振動子を並
列接続した電圧制御発振器の発振周波数ｆ１は、ｆ１＝
ｆｒ｛１＋１／２γ（１＋Ｃ／２Ｃｄ）｝と示される。 この式をみると、この電圧制御発振器によって得られる
発振周波数ｆ１は、一つの圧電振動子のみを備えた従来
の電圧制御発振器の発振周波数ｆを定める式において、
等価的に可変容量ダイオードの容量Ｃを１／２にして得
られる周波数に相当する。

【００１８】現在製作可能な可変容量ダイオードの容量
Ｃの下限である約１０ｐＦを等価的に１／２に小さくで
きることは、図５の縦軸の値ｆ／ｆｒが大きな変化を示
す横軸の１０ｐＦ以下の容量範囲内に可変容量ダイオー
ドの容量の下限を広げることになるため、その上限値例
えば１００ｐＦが１／２に減少することを考慮しても、
最終的に発振周波数の大きな可変範囲が可能となる。

【００１９】即ち、図５に示したように、一つの圧電振
動子の発振器の場合における可変容量ダイオードの容量
の可変幅ΔＣ（１０〜１００ｐＦ）によって得られる周
波数可変幅Δｆ／ｆｒに比べると、二つの圧電振動子を
採用した発振器の場合における可変容量ダイオードの容
量の等価的可変幅ΔＣ１（５〜５０ｐＦ）によって得ら
れる周波数可変幅Δｆ１／ｆｒは充分に大きくなる。

【００２０】なお、並列接続される圧電振動子の等価回
路定数γは、必ずしも一致させる必要はないが、双方の
等価回路定数γが相互に近似した値を有するように構成
する。また、双方の圧電振動子の仕様を一致させれば好
適である。

【００２１】

【実施例】図面を参照して本発明を更に説明する。図２
は、本発明の一実施例の電圧制御発振器の回路図である
。同図において、並列接続された二つの圧電振動子Ｘ１
及びＸ２は、相互に仕様をほぼ同じくするリチウムタン
タレートから成る圧電振動子であり、夫々、等価回路定
数γが７〜８、並列容量Ｃｄ　の値が約２ｐＦである。 このように双方の圧電振動子の仕様をほぼ同じくするこ
とにより、これら圧電振動子相互を並列に接続した際に
、発振周波数の可変幅が最も大きくできるものである。 発振部を成すインバータＩＮＶ、帰還抵抗Ｒ１及び帰還
コンデンサＣｏ並びにその他の構成は従来例と同様とし
てある。

【００２２】上記実施例では、双方の圧電振動子の仕様
を同じとした例を挙げたが、本発明において相互に並列
接続される圧電振動子は、等価回路定数が相互に近似し
た値を有すれば足りる。このように双方の等価回路定数
を近似させることにより、双方を並列に接続した際、全
体の等価回路定数が個々の圧電振動子の等価回路定数と
近似した値となり、結局並列コンデンサの容量値が並列
接続によって大きくなった分だけ、可変容量ダイオード
の容量値を小さくできたことに相当する。

【００２３】本発明の電圧制御発振器は、周波数安定度
が高い利点を有する反面、発振周波数可変幅が小さい欠
点を有する圧電振動子を発振子として備える電圧制御発
振器について、その発振周波数の可変幅を例えば２〜３
倍程度広げることができ、ＰＬＬ回路の電圧制御発振器
に採用した場合には、大きな周波数可変幅を有すること
により、ＰＬＬ回路の位相同期幅を充分に確保できるた
め、ＤＡＴの信号再生の際に必要なクロック信号の再生
が容易である。

【００２４】なお、上記実施例では発振部として最も構
成が簡単なインバータ及び帰還抵抗から構成される例を
挙げたが、本発明の電圧制御発振器は、この様な発振部
を備える電圧制御発振器に限定されるものではなく、従
来使用されている圧電振動子を発振子として備える電圧
制御発振器の何れにも採用することができ、その応用範
囲は広いものである。

【００２５】また、本発明の好適な実施例として、圧電
振動子が並列接続された二つのリチウムタンタレートか
ら構成される例を挙げたが、勿論これに限定されるもの
ではなく、例えば並列接続は２以上の任意の数が可能で
あり、また圧電振動子が水晶振動子であっても良い。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電圧制御
発振器によると、発振周波数が安定な圧電振動子を備え
る電圧制御発振器についてその発振周波数の可変幅を広
げることができ、例えばＰＬＬ回路の位相同期幅を広げ
ることができたという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電圧制御発振器の原理図である。

【図２】本発明の一実施例の電圧制御発振器の回路図で
ある。

【図３】圧電振動子の等価回路図で、（ａ）は圧電振動
子が一つの、（ｂ）は二つの場合の等価回路図を夫々示
し、更に（ｃ）は（ｂ）と等価の回路図である。

【図４】従来の電圧制御発振器の回路図である。

【図５】可変容量ダイオードの容量と発振周波数の関係
を示すグラフである。

【符号の説明】

Ｘ、Ｘ１、Ｘ２：圧電振動子 Ｄｃ　　　　　　　　　　　：可変容量ダイオードＩＮ
Ｖ　　　　　　　　：インバータ Ｒ１　　　　　　　　　　：帰還抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】等価回路定数が近似する少なくとも二つの
   圧電振動子（Ｘ１、Ｘ２）を相互に並列に接続して備え
   る電圧制御発振器。