JPH046253Y2

JPH046253Y2 -

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Publication number: JPH046253Y2
Application number: JP1981142895U
Authority: JP
Priority date: 1981-09-26
Filing date: 1981-09-26
Publication date: 1992-02-20
Also published as: JPS5848112U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、バラクタ・ダイオードを使用した周
波数可変発振回路（以下VCOと略記する）にお
いて、中心周波数を変化させた場合の周波数変調
感度をほゞ一定にする周波数変調回路に関する。

従来のこの種周波数変調回路では、中心周波数
可変用バラクタ・ダイオードには中心周波数可変
用電圧を印加し、周波数変調用バラクタ・ダイオ
ードには固定電圧と周波数変調用交流信号のみを
印加するか、又はバラクタ・ダイオードを中心周
波数可変用と周波数変調用とに分離することな
く、１個又は複数個のバラクタ・ダイオードに中
心周波数可変用電圧と周波数変調用交流信号とを
印加していたため、中心周波数を変化させた場合
の周波数変調感度を一定に保つことが不可能であ
つた。

本考案は、中心周波数を直流電圧によつて変化
させた場合の周波数変調感度をほゞ一定に保たせ
ることを目的とする。また本考案の特徴は、バラ
クタ・ダイオードを使用し周波数変調を目的とし
た周波数可変発振回路において、１個以上の周波
数変調用バラクタ・ダイオードと１個以上の周波
数可変用バラクタ・ダイオードを有し、周波数可
変用バラクタ・ダイオードに加える直流電圧のκ
倍（ただし０＜κ＜１）と固定電圧との和の電圧
を周波数変調用バラクタ・ダイオードの直流バイ
アス電圧として加えることにある。

VCOにおいて、周波数可変用バラクタ・ダイ
オードに並列接続された周波数変調用バラクタ・
ダイオードに固定電圧と周波数変調交流信号を重
畳して周波数変調を行つた場合には、発振周波数
を変化させた場合、第２図にｋ＝０で示すよう
に、発振周波数を高くするに従つて変調感度も上
昇してしまうことはよく知られている。これに対
し、周波数可変用バラクタ・ダイオードに周波数
変調交流信号を重畳して周波数変調を行つた場合
には、第２図にｋ＝１で示すように、発振周波数
を高くするに従つて変調感度が低下することも知
られている。

そこで、周波数可変用バラクタ・ダイオードに
並列接続された周波数変調バラクタ・ダイオード
に、周波数可変用バラクタ・ダイオードに加えて
いる直流電圧と周波数変調交流信号を重畳して周
波数変調を行つた場合について解析してみると、
周波数可変用バラクタ・ダイオードに周波数変調
交流信号を重畳して周波数変調を行つた場合と全
く同じで、第２図にｋ＝１で示すように、発振周
波数を高くするに従つて変調感度が低下する特性
が得られる。

従つて、周波数変調用バラクタ・ダイオードに
固定電圧と周波数可変用の直流電圧を適度に合成
し、更に周波数変調交流信号を重畳することによ
り、後述するように、発振周波数を変化させても
変調感度が殆ど変化しないVCOが得られる。

以下図面に示す本考案の実施例につき詳細に説
明する。

第１図は本考案の一実施例の回路図であつて、
TR₁は発振用トランジスタ増幅回路でT₁，T₂，
T₃はその回路の出力端子である。L₁およびL₂は
発振用のインダクタ、L₃およびL₄は高周波阻止
用のインダクタ、CD₁およびCD₂は周波数可変用
バラクタ・ダイオード、CD₃およびCD₄は周波数
変調用バラクタ・ダイオード、C₁はカツプリン
グ用コンデンサ、R₁は固定抵抗、RV₁は抵抗値
ｒを有する可変抵抗器による分圧器、BT₁は固定
電源、１−1′は中心周波数可変用直流電源接続端
子、２−2′は周波数変調用交流電源接続端子であ
る。中心周波数可変用直流電源および周波数変調
用交流電源の図示を省略する。

第１図の回路において、トランジスタ増幅回路
TR₁とインダクタL₁，L₂およびバラクタ・ダイ
オードCD₁〜CD₄によりハートレー型の発振回路
が構成されており、端子１−1′に印加される直流
電圧e_pはインダクタL₃を介して周波数可変用のバ
ラクタ・ダイオードCD₁およびCD₂に加えられ
る。一方、分圧器RV₁により固定電源BT₁の電圧
e_sと分圧電圧との合成電圧が、固定抵抗器R₁およ
びインダクタL₄を介して周波数変調用のバラク
タ・ダイオードCD₃およびCD₄に印加される。ま
た、端子２−2′に印加された変調用交流電圧e_n
は、コンデンサC₁およびインダクタL₄を介して
バラクタ・ダイオードCD₃およびCD₄に印加され
る。

ここで、分圧器RV₁の全抵抗値はｒであつて、
固定電圧源BT₁に接続した側と固定抵抗器R₁に
接続した点との間の抵抗値をｋ・ｒ（ただし０＜
ｋ＜１）とし、発振振幅は微弱であるとすると、
周波数可変用バラクタ・ダイオードCD₁，CD₂に
印加される電圧がe₀のとき、周波数変調用バラク
タ・ダイオードCD₃，CD₄に印加される電圧e_d
は、 e_d＝e_n＋ｋ・e_p＋（１−ｋ）e_s ……(1) となる。またバラクタ・ダイオードCD₁〜CD₄の
個々の電圧対キヤパシタンス特性を−1/2乗形と
すると、発振周波数を決定するキヤパシテイは、Ｃ＝１／２ｍ・e^-1/2 _p＋１／２ｎ・e^-1/2 _d ……(2) で与えられ、発振周波数ｆは、で与えられる。ここでｍおよびｎはそれぞれ周波
数可変用バラクタ・ダイオードCD₁，CD₂および
周波数変調用バラクタ・ダイオードCD₃，CD₄の
キヤパシテイ比例定数である。L₁およびL₂は固
定であるから、上記(1)，(2)および(3)式より次の関
係が得られる。

ｆ∝［ｍ・e^-1/2 _p＋ｎ｛e_n＋ｋ・e_p＋（１
−ｋ）・e_s｝^-1/2］^-1/2……(4) ここで変調感度Ｐは偏微分式∂f／∂e_nで与えら
れ、さらにe_nは変調用交流電圧であるため、ここ
で課題とするバラクタ・ダイオードの静電容量を
制御する直流成分を持たず、通常振幅も微小であ
ることから、e_n≒０とおける。

これにより、Ｐ≡∂f／∂e_n｜_en=0∝〔ｍ・e^-1/2 _p＋ｎ｛ｋ・e_p＋（
１−ｋ）・e_s｝^-1/2〕^-3/2・｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝^-3/2……(5) これをさらに変形すると、Ｐ≡∂f／∂e_n∝〔ｍ・e^-1/2 _p｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e
_s｝＋ｎ｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝^1/2〕^-3/2∝Q^-3/2
……(6) ただし、Ｑ＝ｍ・e^-1/2 _p｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝＋ｎ｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝^-1/2 となる。ここで中心周波数可変電圧e_pの前後で中
心周波数は変化するが変調感度は一定となる条件
は、偏微分式∂P／∂e_p＝０なる条件で与えられ
る。偏微分∂P／∂e_pは、 ∂P／∂e_p≡∂²ｆ／∂e_p・∂e_n∝Q^-5/2・∂Q／∂e_p ∝Q^-5/2・〔2k・ｍ・e^-1/2 _p−ｍ・｛ｋ・e_p＋（１−
ｋ）・e_s｝e^-3/2 _p＋ｋ・ｎ・｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝^-1/2〕
……(7) ここで、変調感度ＰはＰ≠０でなければならない
（変調がかからない）から、Ｑ≠０である。した
がつて∂P／∂e_p＝０なる条件は、 2k・ｍ・e^-1/2 _p−ｍ｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝e_p ^-3/2＋ｋ・ｎ｛ｋ・e_p＋（１−ｋ）・e_s｝^-1/2＝０……(8) となる。ここで、e_pの正規化中心電圧（例えばe_p
を２ボルトから８ボルト変化させる場合、その中
心電圧５ボルト）をe_ppとし、例えばe_s＝e_ppとし
た場合について求めると、 2k・ｍ・e_pp ^-1/2−ｍ・e_pp ^-1/2＋ｋ・ｎ・e_pp ^-1/2＝（2
k・ｍ−ｍ＋ｋ・ｎ）e_pp ^-1/2＝０……(9) この(9)式より、 2k・ｍ−ｍ＋ｋ・ｎ＝０ ∴ｋ＝ｍ／（2m＋ｎ） ……(10) なる条件が得られる。

さらに第２図は、(4)式の周波数ｆ対(6)式の変調
感度Ｐについて、e_s＝e_ppでｋ＝０，ｋ＝ｍ／
（2m＋ｎ）及びｋ＝１の場合について表示したも
ので、１＞ｍ／（2m＋ｎ）＞０であることから、
１＞ｋ＞０の範囲の特定の点で変調感度がほゞ一
定となることが明らかである。

同様にして、バラクタ・ダイオードの電圧対キ
ヤパシタンス特性が−ａ乗（ただし２＞ａ＞０）
の場合について解析すると、ｋ＝０の場合、 e_d＝e_n＋e_s ……(11) Ｃ＝１／２ｍ・e^-a _p＋１／２ｎ・e^-a _d……(12) ｆ＝ｂ・C^-1/2（ただしｂは比例定数） ……(13) Ｐ≡∂f／∂e_n＝（−１／２ｂ）×C^-3/2×（−１／２ａ
・ｎ）e^-a-1 _s＝１／４ａ・ｎ・b^-2・f³ _p・e^-a-1 _s……(1
4) となる。ここでａ，ｎ，ｂ，e_sは定数であること
から変調感度Ｐは中心周波数_pの増加に対し３乗
比例、つまり増加関数となる。

これに対し、ｋ＝１の場合 e_d＝e_n＋e_p ……(15) Ｃ＝１／２ｍ・e^-a _p＋１／２ｎ・e^-a _d……(16) ｆ＝ｂ・C^-1/2（ただしｂは比例定数） ……(17) よりＰ≡∂f／∂e_n ＝（−１／２ｂ）×C^-3/2×（−１／２ａ・ｎ）e^-a-1 _p ……(18) となる。

ここでａ，ｂ，ｍ，ｎは定数であり、中心周波
数_pは、 _p∝C^-1/2∝e^a/2 _p ……(19) であるから式(18)式よりＰ∝^(1-2/a) _p ……(20) となる。つまり２＞ａ＞０の範囲では(20)式は減
少関数である。

以上述べたところから、１＞ｋ＞０の範囲の特
定の点においては、増加関数でも減少関数でもな
いつまり変調感度がほゞ一定となることが明らか
である。

以上述べた実施例では、Ｌ−Ｃによる発振回路
のＣがバラクタ・ダイオードのみで構成されてい
るが、バラクタ・ダイオードに並列或は直列に固
定コンデンサを設けた場合について解析すると、
固定コンデンサを含むバラクタ・ダイオードの電
圧対キヤパシタンス等価特性−a_x乗は、バラク
タ・ダイオードの電圧対キヤパシタンスが−ａ乗
であるとした場合、必ず次式の範囲にある。

ａ＞a_x＞０ ……(21) このことから直列あるいは並列の固定コンデン
サを設けた場合にも、前述の実施例で述べた説明
が適用できることは明らかである。

伝送線路にバラクタ・ダイオードを挿入した
VCOにおいても、伝送線路をインダクタンスと
キヤパシタンスの並列回路に等価できることか
ら、この場合にも前述実施例と同様適用可能であ
る。また、前述実施例の発振回路としては、ハー
トレー型のみならず、コルピツツ型またはクラツ
プ型発振回路であつても良く、またストリツプ線
路にバラクタ・ダイオードを挿入した発振回路な
どであつても使用可能である。

以上説明したとおり、本考案によれば発振器の
中心周波数を変化させた場合に周波数変調
（FM）感度を一定に保つことができることから、
位相同期制御（PLL）を使用したチヤンネル切
換の無線機において、送信周波数を切換えた場合
に周波数変調（FM）感度あるいは位相変調
（PM）感度を一定に保つことが可能となる優れ
た効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の一実施例を示すバラクタ・
ダイオードによる周波数変調回路を示す回路図、
第２図は(6)式に示す変調感度特性を示すグラフで
ある。１−1′……中心周波数可変用直流電源接続端
子、２−2′……周波数変調用交流電源接続端子、
TR₁……発振用トランジスタ、L₁，L₂……発振
用コイル、CD₁，CD₂……周波数可変用バラク
タ・ダイオード、CD₃，CD₄……周波数変調用バ
ラクタ・ダイオード、L₃，L₄……ブロツクキン
グ用コイル、R₁……固定抵抗、C₁……カツプリ
ング用コンデンサ、RV₁……分圧器、BT₁……固
定電源。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 発振器の同調回路がコイルとコンデンサある
いは伝送線路とコンデンサから成り、前記コン
デンサの一部又は全部にバラクタ・ダイオード
を用いた周波数変調回路において、バラクタ・
ダイオード部を中心周波数可変用バラクタ・ダ
イオードと周波数変調用バラクタ・ダイオード
とを互いに並列接続して構成し、前記中心周波
数可変用バラクタ・ダイオードには中心周波数
可変用直流電源からの直流電圧（e_p）を印加す
るように構成し、固定電源と、該固定電源の直
流電圧（e_s）に前記中心周波数可変用直流電源
からの直流電圧（e_p）を分圧加算する分圧器と
を具備して、前記周波数変調用バラクタ・ダイ
オードには前記分圧器の出力する直流電圧ke_p
＋（１−ｋ）e_s（ただしｋは前記分圧器の分圧
比）に周波数変調用交流電源からの変調信号e_n
を重畳して印加するように構成し、前記分圧比
Ｋは１＞ｋ＞０であつて前記中心周波数可変用
直流電源の電圧e_pを変えたときの周波数変調感
度がほぼ一定となるよう選択して成ることを特
徴とする周波数変調回路。 (2) 実用新案登録請求の範囲第１項記載の周波数
変調回路において、前記中心周波数可変用バラ
クタ・ダイオードおよび前記周波数変調用バラ
クタ・ダイオードに対して、固定コンデンサを
並列および／または直列に接続することを特徴
とする周波数変調回路。