JPH05243845A - 電圧制御発振回路 - Google Patents

電圧制御発振回路

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JPH05243845A
JPH05243845A JP4279527A JP27952792A JPH05243845A JP H05243845 A JPH05243845 A JP H05243845A JP 4279527 A JP4279527 A JP 4279527A JP 27952792 A JP27952792 A JP 27952792A JP H05243845 A JPH05243845 A JP H05243845A
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circuit
terminal
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resistor
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JP4279527A
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Phuc C Pham
プーク・シー・パム
Carl Denig
カール・デニグ
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Motorola Inc
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)
  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 印加電圧信号(V)によって発振の中心周
波数を変えることができる電圧制御発振回路を提供し、
また発振の中心周波数を変調信号(S)によって中心
周波数の回りに精密に同調できる電圧制御発振回路を提
供する。 【構成】 本電圧制御発振回路は発振のために負抵抗技
術を使用し、かつ出力増幅器(14)を含む。該出力増
幅器(14)の出力抵抗は最大のドライブ能力のために
他の回路の入力インピーダンスと整合するよう調整でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば、負抵抗技術
を使用した電圧制御発振回路のような発振器に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧制御発振器(VCO)回路は技術的
によく知られており、かつ数多くの用途に用いられてい
る。VCO回路は典型的には該VCO回路の出力信号の
周波数を調整するために変化される制御信号に応答す
る。
【0003】発振回路は擬似電圧制御発振回路に変更す
ることができ、この場合該発振回路の発振周波数は外部
インダクタ(L)および容量(C)タンク回路によって
決定される。さらに、外部LCタンク回路の容量として
機能させるために外部バラクタを使用することにより、
該バラクタの容量が該バラクタに印加される電圧を変化
させることにより変えることができる。その結果、外部
LCタンク回路の共振周波数はこれに応じて変化し、従
って発振回路の発振周波数を変化させる。しかしなが
ら、バラクタは非常に高価である。さらに、バラクタは
発振回路の位相ノイズを増大させる。
【0004】バラクタを使用しない従来技術の電圧制御
発振回路はMicrowaves& RF発行の“Va
ractorless VCOs: Transist
ors go it alone”と題する1984年
6月発行の論文の137−142ページに完全に開示さ
れている。この論文の第2図を参照すると、修正された
コルピッツ発振器が示されている。特に、調整可能な電
圧がトランジスタのベースに印加されてそのトランジス
タのベース−エミッタ電圧およびエミッタ電流を変化さ
せる。これは、次に、該トランジスタのエミッタ−ベー
ス容量を変化させる。さらに、該トランジスタのエミッ
タ−ベース容量を変化させることにより、LCタンク回
路の容量が変化しかつ発振回路の発振周波数が変化す
る。しかしながら、調整可能な電圧がトランジスタのベ
ースに印加されるため、該調整可能な電圧がトランジス
タのバイアスに顕著な影響を与える。例えば、該調整可
能な電圧が低下すると、発振回路の出力信号の電圧スイ
ングが低減するが、これはトランジスタが適切にバイア
スされていないからである。さらに、発振回路の出力信
号が対称ではない。
【0005】従って、VCO回路の出力信号の対称性お
よび適切な電圧を維持しながら電圧制御される同調容量
を備えた改良されたVCO回路を提供する必要性が存在
する。
【0006】
【課題を解決するための手段および作用】簡単にいえ
ば、第1、第2および第3の端子を有し、外部インダク
タが前記第1および第2の端子の間に結合され、制御電
圧が前記第3の端子に印加される電圧制御発振器が提供
される。該電圧制御発振器は、前記第1および第2の端
子に結合されて所定の中心周波数を有する出力信号を提
供する発振回路を備え、該発振回路は所定の負入力抵抗
を有しそれにより該発振回路が発振を維持するようにす
るトランジスタを含み、該発振回路は前記制御電圧に応
答しそれにより該制御電圧が変化した時該発振回路の出
力信号の中心周波数が変化する。また、前記電圧制御発
振器は入力および出力を有する出力増幅器を備え、該出
力増幅器の入力は前記発振回路の出力信号を受けるよう
に結合されており、該出力増幅器の出力は電圧制御発振
回路の出力端子に結合されており、該出力増幅器は調整
可能な出力インピーダンスを有する。
【0007】本発明は添付の図面と共に以下の詳細な説
明を参照することによりさらによく理解できる。
【0008】
【実施例】図1を参照すると、電圧制御発振器(VC
O)回路の詳細な回路図が示されており、該VCO回路
は発振回路12と出力増幅器14とを具備する。該VC
O回路の出力は端子16に与えられる。
【0009】発振回路12はそのベースが容量22を介
して端子24に結合されたトランジスタ20を含む。ト
ランジスタ20のベースはまた抵抗26を介して第1の
電源端子に結合されており、該第1の電源端子には、た
とえば5ボルトの、作動電圧VCCが印加されている。
同様にして、トランジスタ20のベースもまた抵抗28
を介して第2の電源電圧端子に結合されており、該第2
の電源電圧端子には、例えば、グランド基準である、作
動電圧VEEが印加されている。
【0010】トランジスタ20のエミッタは回路ノード
30に結合されており、該回路ノード30と前記第2の
電源電圧端子との間には抵抗32および容量34が並列
に結合されている。トランジスタ20のコレクタは発振
回路12の出力に接続されており、かつ抵抗36を介し
て回路ノード38に接続されている。
【0011】抵抗40が回路ノード38と前記第1の電
源電圧端子との間に接続されている。抵抗42が回路ノ
ード38と電圧信号Vが印加される端子44との間に
接続されている。
【0012】出力増幅器14は端子16に接続されかつ
抵抗52を介して前記第1の電源電圧端子に接続された
コレクタを有するトランジスタ50を含む。トランジス
タ50のベースはフィードバック抵抗54を介してトラ
ンジスタ50のコレクタに接続されている。さらに、ト
ランジスタ50のベースは抵抗56を介して第2の電源
電圧端子に接続されている。トランジスタ50のエミッ
タは第2の電源電圧端子に接続されている。また、増幅
器14の入力は発振回路14の出力に接続され、それに
より結合容量58がトランジスタ20のコレクタとトラ
ンジスタ50のベースとの間に結合されている。
【0013】外部インダクタ60が端子24と第2の電
源電圧端子との間に接続されている。
【0014】動作においては、抵抗26および28は作
動電圧VCCに対する電圧分割ネットワークを形成して
トランジスタ20のベースに所定のバイアス電圧を提供
する。この所定のバイアス電圧はトランジスタ20のベ
ース−エミッタを介してダイオード電圧1個分だけレベ
ルがシフトダウンされその後回路ノード30に現れる。
回路ノード30に固定電圧を提供することにより、トラ
ンジスタ20を通る固定電流が抵抗32を介して決定さ
れる。従って、トランジスタ20は所定のコレクタ電流
を有するようにバイアスされる。
【0015】発振回路12はインダクタ60、容量2
2、トランジスタ20および抵抗32と容量34との並
列回路によって形成されるループの合計抵抗が負である
場合に発振する。これは理想的な同調回路はもしエネル
ギを放散するための何らの抵抗要素も存在しなければ無
限に発振するという事実に基づく。従って、発振回路1
2はもしトランジスタ20の入力インピーダンスの実数
部が十分に負であって前記ループに対し全体として負抵
抗になれば発振する。
【0016】トランジスタ20の入力抵抗の計算の分析
的検討については1985年、McGraw−Hill
Publishing Co.からの、“Moder
nCommunication Circuits”の
ページ243−245に詳細に述べられている。トラン
ジスタ20の入力インピーダンス(r)の実数部の最
終結果が次の式(1)に示されている。 r=−g/(w×CBE×C) (1) この場合、gはトランジスタ20のトランスコンダク
タンスであり、wは動作周波数であり、CBEはトラン
ジスタ20のベース−エミッタ容量であり、そしてC
はトランジスタ20のエミッタの容量である。
【0017】もし式(1)に示されるrの大きさがル
ープ内のいずれかの他の抵抗の和より大きければ、トラ
ンジスタ20はインダクタ(または容量)の放散エネル
ギを供給できることが理解されなければならない。従っ
て、発振回路12は発振を維持することができる。
【0018】その結果、トランジスタ20のコレクタに
現れる信号は発振信号となり、この発振信号は実質的に
[2×pi×(L×Cequiv−1/2]に等しい
中心周波数(F)で発振し、ここでLは外部インダク
タ60のインダクタンスでありかつCequivは次の
式(2)で表されるループの等価容量である。 Cequiv=C22//C34//(CBE+CCB+CCE)] (2) この場合、CBEはトランジスタ20のベース−エミッ
タ容量であり、CCBはトランジスタ20のコレクタ−
ベース容量であり、CCEはトランジスタ20のコレク
タ−エミッタ容量であり、そして//は「互いに並列」
を意味する。
【0019】電圧Vが作動電圧VEEから作動電圧V
CCに変化すると、回路ノード38と作動電圧VCC
の間の等価抵抗が変化する。その結果、トランジスタ2
0のコレクタの電圧と共に、回路ノード38の電圧が変
化する。
【0020】一例として、電圧Vが実質的に作動電圧
CCまで増大したものと仮定する。これは効果的に抵
抗42を抵抗40と並列にし、それにより回路ノード3
8と第1の供給電圧端子の間の等価抵抗を(R42//
40)に等しくする。これは回路ノード38と第1の
供給電圧端子との間の等価抵抗を低減する効果を有す
る。これは回路ノード38と第1の供給電圧端子との間
の電圧降下を低減する。その結果、トランジスタ20の
コレクタ−エミッタ電圧が増大する。
【0021】一方、電圧Vが実質的に作動電圧VEE
まで低減すると、抵抗42は回路ノード38と第1の供
給電圧端子との間の等価抵抗に対する影響が少なくな
る。これは回路ノード38と第1の供給電圧端子との間
の等価抵抗を増大する効果を有する。これは回路ノード
38と第1の供給電圧端子との間の電圧降下を増大す
る。その結果、トランジスタ20のコレクタ−エミッタ
電圧は低下する。
【0022】さらに、トランジスタ20のコレクタ−エ
ミッタ電圧を変えることにより、トランジスタ20のコ
レクタ−エミッタ容量、およびベース−エミッタ容量が
それに応じて変化する。これは前記式(2)で示される
タンク回路の等価容量を変化させる効果を持つ。さら
に、発振回路12の中心周波数が変化する。
【0023】特に、もし電圧Vが増大すると、発振回
路14の中心周波数が増大する。一方、もし電圧V
低下すると、発振回路12の中心周波数が低下する。
【0024】要するに、電圧Vが変化すると、発振回
路12の発振の中心周波数が変化する。従って、図1に
示される回路はその周波数が電圧Vによって調整でき
る電圧制御発振回路である。
【0025】出力増幅器14は本質的には反転増幅器で
あり、トランジスタ50のベースにその反転入力を有
し、トランジスタ50のコレクタにその出力を有し、か
つその非反転入力をトランジスタ50のエミッタに有
し、該エミッタは第2の供給電圧端子に接続されてい
る。
【0026】抵抗54は増幅器14の出力と反転入力と
の間に結合されたネガティブフィードバック抵抗であ
る。さらに、抵抗56は反転入力と第2の供給電圧端子
との間に結合されたソース抵抗として機能する。従っ
て、トランジスタ50のベースに現れる発振信号は抵抗
56に対する抵抗54の比率(R54/R56)によっ
て増幅されかつその後端子16に供給される。さらに、
抵抗52は出力増幅器14を通るバイアス電流を設定す
るために選択できる。
【0027】出力増幅器14の大きな有利性はその出力
インピーダンス(端子16からトランジスタ50のコレ
クタへのフィードバックと共に見られるインピーダン
ス)が所定のインピーダンス、例えば50オーム、に調
整できることである。
【0028】トランジスタ50の小信号モデルを用いる
ことにより、フィードバック(R UT(14))を有
する増幅器14の出力インピーダンスは次の式(3)の
ように簡略化できる。 ROUT(14)=(R52//R44)/[1−Bxg(R52 //R54)(R56//R54//rpi)] (3) この場合、(R52//R54)はトランジスタ50の
コレクタから見た等価抵抗であり、Bは実施的に(−1
/R54)に等しいループゲインであり、gおよびr
piはそれぞれトランジスタ50のトランスコンダクタ
ンスおよび小信号入力抵抗であり、そして(R56//
54//rpi)はトランジスタ50のベースから見
た等価抵抗である。
【0029】gおよびrpiの値は、よく知られてい
るように、トランジスタ50を通るコレクタ電流に依存
する。さらに、トランジスタ50を通るコレクタ電流は
抵抗52に対し異なる値を選択することにより調整でき
る。従って、フィードバック(ROUT(14))を備
えた増幅器14の出力インピーダンスは抵抗52に対す
る異なる値を選択することにより容易に調整できる。
【0030】要するに、端子20から見た出力抵抗が抵
抗52によって調整できる。従って、図1のVCO回路
の出力インピーダンスは最大の駆動能力のために端子2
0に結合された回路(図示せず)の入力インピーダンス
を整合するよう設計できる。
【0031】図2を参照すると、別の実施例の電圧制御
発振器回路の詳細な電気回路図が示されている。図2に
示された構成要素であって図1に示された構成要素と同
じものは同じ参照番号で識別されることが理解される。
【0032】図2の回路はさらに回路ノード30と端子
64との間に結合された抵抗62を含み、それにより信
号Smが端子64に印加される。
【0033】動作においては、典型的にはAC信号であ
る、信号Smが端子64に印加される。回路ノード30
に現れる信号は抵抗62および32によって形成される
抵抗分割器ネットワークによって信号Sが減衰された
ものである。
【0034】信号Sを端子64に印加することによ
り、周波数変調効果が生成され、それにより信号Smの
周波数が増大するに応じて、発振回路12の発振の中心
周波数はやや増大する。一方、信号Smの周波数が低下
するに応じて、発振回路12の発振の中心周波数はやや
低下する。その結果、信号Sの周波数を変えることに
より、発振の中心周波数は該発振の中心周波数の回りに
高い分解能で調整できる。例えば、発振回路12の出力
信号の中心周波数は100MHzとすることができ、一
方信号Sは中心周波数が該中心周波数のキロヘルツ以
内で調整される。
【0035】図1および図2に示される回路は負または
正の供給電圧で動作でき、作動電圧VCCが正の電圧で
ありかつ作動電圧VEEがグランドとすることができ、
あるいは作動電圧VCCがグランドでありかつ作動電圧
EEが負電圧とすることが可能なことは注目に値す
る。さらに、インダクタ60は端子24およびグランド
の間に結合されることが理解できる。
【0036】図3を参照すると、図1の電圧制御発振回
路の端子16に現れる典型的なシミュレートされた出力
信号のグラフが示されている。端子16に現れる信号は
直列結合容量および終端抵抗を通って流れシミュレート
された出力信号を発生することが理解される。明らか
に、出力信号の電圧スイングは0〜5ボルトのVの全
調整範囲に対し比較的一定であり、電圧スイングが電圧
が低下するに応じてやや低下する。さらに、図3の
出力信号は電圧Vが増大するに応じて、発振の周波数
も増大することを示している。
【0037】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、新規な
電圧制御発振回路が提供され、該発振回路は発振周波数
を印加された電圧信号(V)あるいは変調信号
(S)によって変えることが可能である。さらに、本
電圧制御発振回路は発振のために負抵抗技術を使用しか
つその出力抵抗が調整できる出力増幅器を含む。
【0038】本発明が特定の実施例に関して説明された
が、以上の説明から当業者にとっては数多くの置換え、
修正および変更が可能であることは明らかである。従っ
て、すべてのそのような置換え、修正および変更は添付
の特許請求の範囲に含まれるものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる電圧制御発振回路を示す詳細な
電気回路図である。
【図2】本発明に係わる電圧制御発振回路の別の実施例
を示す詳細な電気回路図である。
【図3】図1の電圧制御発振回路の典型的な出力信号を
示すグラフである。
【符号の説明】
12 発振回路 14 出力増幅器 16 出力端子 20,50 トランジスタ 22,34,58 容量 26,28,32,36,40,42,52,54,5
6,62 抵抗 60 インダクタ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1、第2および第3の端子を有し、外
    部インダクタが前記第1および第2の端子の間に結合さ
    れ、前記第3の端子に制御電圧が印加される電圧制御発
    振回路であって、 前記第1および第2の端子に結合され所定の中心周波数
    を有する出力信号を提供するための発振回路(12)で
    あって、該発振回路は該発振回路が発振を維持するよう
    に所定の負入力抵抗を有するトランジスタ(20)を含
    み、該発振回路は前記制御電圧に応答して該制御電圧が
    変化した時に前記発振回路の前記出力信号の前記中心周
    波数が変化するもの、そして入力および出力を有する出
    力増幅器(14)であって、該出力増幅器の前記入力は
    前記発振回路の前記出力信号を受けるように結合され、
    前記出力増幅器の前記出力は前記電圧制御発振回路の出
    力端子に結合され、前記出力増幅器は調整可能な出力イ
    ンピーダンスを有するもの、 を具備することを特徴とする電圧制御発振回路。
  2. 【請求項2】 前記発振回路は、 コレクタ、ベースおよびエミッタを有する前記トランジ
    スタ(20)であって、該トランジスタのコレクタは前
    記発振回路の前記出力信号を提供するよう結合されてい
    るもの、 前記トランジスタの前記ベースと第1の供給電圧端子と
    の間に接続された第1の抵抗(28)、 前記トランジスタの前記ベースと第2の供給電圧端子と
    の間に接続された第2の抵抗(26)、 前記トランジスタの前記エミッタと前記第2の供給電圧
    端子との間に結合された第3の抵抗(32)、 前記トランジスタの前記コレクタと第1の回路ノードと
    の間に結合された第4の抵抗(36)、 前記第1の回路ノードと前記第1の供給電圧端子との間
    に結合された第5の抵抗(40)、 前記第1の回路ノードと第3の端子との間に結合された
    第6の抵抗(42)、 前記トランジスタの前記ベースと第1の端子との間に結
    合された第1の容量(22)、そして前記トランジスタ
    の前記エミッタと前記第2の供給電圧端子との間に結合
    された第2の容量(34)、 を含むことを特徴とする請求項1に記載の電圧制御発振
    回路。
  3. 【請求項3】 前記出力増幅器は、 コレクタ、ベースおよびエミッタを有する第1のトラン
    ジスタ(50)であって、前記出力増幅器の前記第1の
    トランジスタの前記コレクタは前記電圧制御発振回路の
    前記出力端子に結合され、前記出力増幅器の前記第1の
    トランジスタの前記ベースは前記発振回路の前記出力信
    号を受けるよう接続され、前記出力増幅器の前記第1の
    トランジスタの前記エミッタは前記第2の供給電圧端子
    に結合されているもの、 前記出力増幅器の前記第1のトランジスタの前記ベース
    とコレクタとの間に結合された第1の抵抗(54)、 前記出力増幅器の前記第1のトランジスタの前記コレク
    タと前記第1の供給電圧端子との間に結合された第2の
    抵抗(52)、そして前記出力増幅器の前記第1のトラ
    ンジスタの前記ベースと前記第2の供給電圧端子との間
    に結合された第3の抵抗(56)、 を含むことを特徴とする請求項2に記載の電圧制御発振
    回路。
  4. 【請求項4】 さらに、前記発振回路の前記トランジス
    タの前記コレクタと前記出力増幅器の前記第1のトラン
    ジスタの前記ベースとの間に結合された第3の容量(5
    8)を含むことを特徴とする請求項3に記載の電圧制御
    発振回路。
  5. 【請求項5】 さらに、AC電圧信号を前記発振回路に
    印加して前記発振回路の前記出力信号の周波数が前記所
    定の中心周波数の回りに変調されるようにする変調回路
    を含むことを特徴とする請求項1に記載の電圧制御発振
    回路。
  6. 【請求項6】 前記変調回路は第1および第2の端子を
    有する第1の抵抗を含み、前記変調回路の前記第1の抵
    抗の前記第1の端子は前記発振回路の前記トランジスタ
    の前記エミッタに結合され、前記変調回路の前記第1の
    抵抗の前記第2の端子は前記AC電圧信号を受けるよう
    に結合されていることを特徴とする請求項5に記載の電
    圧制御発振回路。
JP4279527A 1991-09-30 1992-09-24 電圧制御発振回路 Pending JPH05243845A (ja)

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