JPH0834384B2 - マイクロ波発振器 - Google Patents

マイクロ波発振器

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JPH0834384B2
JPH0834384B2 JP2892090A JP2892090A JPH0834384B2 JP H0834384 B2 JPH0834384 B2 JP H0834384B2 JP 2892090 A JP2892090 A JP 2892090A JP 2892090 A JP2892090 A JP 2892090A JP H0834384 B2 JPH0834384 B2 JP H0834384B2
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  • Inductance-Capacitance Distribution Constants And Capacitance-Resistance Oscillators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔目次〕 概要 産業上の利用分野 従来の技術(第4図〜第7図) 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段(第1図) 作用 実施例(第2図、第3図) 発明の効果 〔概要〕 マイクロ波発振器に関し、 温度や電源電圧の変化による発振出力電力の変動を抑
制することを目的とし、 発振素子としてバイポーラ型トランジスタを用いた発
振回路と、バイアス回路とを備えたマイクロ波発振器に
おいて、バイアス回路には、電流検出部、及び電流比較
部を備え、温度や電源電圧の変化に対してコレクタ電流
が一定となるように制御を行う電流制御回路と、制御電
圧発生部、及び電圧制御部とを備え、温度変化に応じて
バイポーラ型トランジスタのエミッタ・コレクタ間電圧
を変化させる電圧制御回路とを設け、温度や電源電圧の
変化による発振出力電力の変動を抑制するように構成す
る。
〔産業上の利用分野〕
本発明はマイクロ波発振器に関し、更に詳しくいえ
ば、無線システム等において用いられ、特に、温度変化
や電源電圧変化による発振出力電力の変動を制御したマ
イクロ波発振器に関する。
〔従来の技術〕
一般に、安定した無線システムを構築するには、無線
システムを構築する各ユニットの電気的特性が安定して
いることが必要である。従って、発振器についても、温
度変化、電源電圧変化に対して発振器出力が安定である
ことを要求される。このような要求に対して、従来のマ
イクロ波発振器では、次のようにしていた。
第4図は、従来のマイクロ波発振器の例1(電流温度
補償付)を示した図であり、図中、1は発振回路、2は
バイアス回路、3は負荷回路、4はバイポーラ型のトラ
ンジスタ(発振素子)、5はサーミスタ、6、7は抵抗
を示す。
図示のように、バイポーラ型のトランジスタ(発振素
子)4と負荷回路3から成る発振回路1、及びサーミス
タ5と抵抗6、7から成るバイアス回路2によってマイ
クロ波発振器が構成される。このような構成のマイクロ
波発振器では、トランジスタ4のベース・エミッタ間電
圧VBEと、抵抗6に発生する電圧VEとの電圧の和(VBE
VE)が、サーミスタ5に発生する電圧VTHと等しくなる
ように(VBE+VE=VTH)、トランジスタ4のコレクタ電
流が流れる。
上記のマイクロ波発振器における特性は、第6図のよ
うになる。第6図Aは、温度特性例を示した図であり、
横軸は温度(℃)を示し、縦軸はコレクタ電流Ic(mA)
及び発振出力電力P0(dBm)を示す。また、第6図B
は、電源電圧特性例であり、横軸はエミッタ−コレクタ
間電圧VCE、縦軸はコレクタ電流Ic(mA)及び発振出力
電圧P0(dBm)を示す。
一般に、トランジスタのベース・エミッタ間電圧VBE
は、−2mV/℃程度の温度係数を持っている。このため、
サーミスタ5を用いてトランジスタ4のベース・エミッ
タ間電圧VBEの温度係数を打ち消し、第6図Aのような
特性を得る。
即ち、トランジスタのコレクタ電流Icは、温度変化に対
してほぼ一定値となっている。しかし、この発振器で
は、温度変化に対して、バイアス電流及び電圧を一定と
してもバイポーラ型トランジスタの温度による発振効率
が変化するため出力電力P0が変化する。
また、この発振器では、電源電圧が変化(変動)する
と、基準電圧としているサーミスタ5に発生する電圧V
THが変化する。そのため、電源電圧の変化に対して第6
図Bのような変化をする。
即ち、電源電圧が変化すると、バイポーラ型トランジス
タ4のコレクタ電流Icが大幅に変化する。このため、発
振出力の電力P0も大幅に変化することになる。
第5図は、従来のマイクロ波発振器の例2(電源電圧
変動補償付)を示した図であり、図中、第4図と同符号
は同一のものを示す。また、8はバイポーラ型トランジ
スタ、9、10は抵抗、VRは抵抗10に発生する電圧、VBE
はトランジスタ8のベース・エミッタ間電圧を示す。
この例では、バイアス回路2は、トランジスタ8と抵
抗9、10により定電流回路を構成しており、トランジス
タのベース・エミッタ間電圧VBEと、抵抗10に発生する
電圧VRとが等しくなるように(VR=VBE)動作する。
第7図は、上記従来例2の特性を示した図であり、第
7図Aは温度特性例を示し、横軸は温度(℃)、縦軸は
トランジスタ4のコレクタ電流Ic(mA)、及び出力電圧
P0(dBm)を示す。また、第7図Bは、電源電圧特性例
を示し、横軸はトランジスタのエミッタ・コレクタ間電
圧、縦軸はコレクタ電流Ic(mA)及び出力電力P0(dB
m)を示す。
上記従来例2(第5図)では、VR=VBEとなるように
トランジスタ4のコレクタ電流Icが流れるから、第7図
Bのように、電源電圧変化に対して、上記コレクタ電流
Icの変化は抑制している(Icはほぼ一定値)。また、出
力電力P0も良好な特性となっている。
ところが、この発振器では、温度が変化すると、第7
図Aのような特性となる。即ち、トランジスタ8のベー
ス・エミッタ間電圧VBEが−2mV/℃程度の温度係数を有
するため、温度が変化すると、基準電圧として用いるト
ランジスタ8のベース・エミッタ間電圧VBEが変化す
る。
そのため、図示のように、トランジスタ4のコレクタ電
流Icが大幅に変化し、電力P0も大幅に変化する結果とな
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のような従来のものにおいては次のような欠点が
あった。
(1)従来例1では、温度変化に対する電流補償はでき
るが発振素子の効率が温度変化するため出力電力P0は変
化し、また電源電圧が変化(変動)すると、発振出力電
力P0は大幅に変化する。
(2)従来例2では、電源電圧変化に対する補償はでき
るが、温度が変化すると、発振出力電力P0は大幅に変化
する。
(3)このように、従来は温度変化と電源電圧変化の両
方の変化に対する補償をすることは困難であった。
本発明は、このような従来の欠点を解消し、温度や電
源電圧の変化による発振出力電力の変動を抑制すること
を目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理図であり、図中、第4図及び第
5図と同符号は同一のものを示す。また、11は電流制御
回路、12は電圧制御回路、13は電流検出部、14は電流比
較部、15は電圧制御部、16は制御電圧発生部を示す。
本発明は上記の目的を達成するため、発振素子として
バイポーラ型トランジスタ4を用いた発振回路1と、上
記バイポーラ型トランジスタ4のバイアスを制御するバ
イアス回路2とを備えたマイクロ波発振器において、 上記バイアス回路2には、上記バイポーラ型トランジ
スタ4のコレクタ電流を検出する電流検出部13と、前記
電流検出部13での検出値と基準値とを比較し、上記バイ
ポーラ型トランジスタ4のベース電圧を制御する電流比
較部14とからなり、上記バイポーラ型トランジスタ4の
コレクタ電流が常に一定となるように制御を行う電流制
御回路11と、 制御電圧を発生する制御電圧発生部16と、上記制御電
圧により、温度変化に対して発振出力電力変動が少なく
なるように、上記バイポーラ型トランジスタ4のエミッ
タ・コレクタ間電圧を制御する電圧制御部15とからなる
電圧制御回路12とを設け、 上記バイポーラ型トランジスタ4のコレクタ電流の定
電流化、エミッタ・コレクタ間電圧の温度補償を図るこ
とで、温度や電流電圧の変化による発振出力電力の変動
を抑制したものである。
〔作用〕
本発明は上記のように構成したので、次のような作用
がある。
電流制御回路11では、電流検出部13において、バイポ
ーラ型トランジスタ4のコレクタ電流Icを検出し、電流
比較部14で比較動作を行い、電源電圧が変動しても上記
コレクタ電流Icが一定となるように制御を行う。
この場合、温度変化があっても、電流検出部13と電流比
較部14で温度補償を行い、上記コレクタ電流を一定に保
つ。即ち、温度や電源電圧が変化しても、上記コレクタ
電流の変動を抑制し、ほぼ一定の値となるように制御を
行う。
また、電圧制御回路12では、温度変化によるバイポーラ
型トランジスタ4の発振効率の変化に対して、エミッタ
・コレクタ間電圧を変動させて補償するように制御を行
う。
このようにすれば、温度や電源電圧の変化に対して、
発振素子であるバイポーラ型トランジスタ4のコレクタ
電流と、発振効率が変化するのを補償することができ、
その結果、発振出力電力の変動が抑制できる。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
第2図は、本発明の1実施例の回路図、第3図はその
特性例(実測値例)であり、A図は温度特性例1、B図
は電源電圧特性例1、C図は電源電圧対温度特性例1、
D図は温度特性2、E図は電源電圧特性例2、F図は電
源電圧対温度特性例2を示す。
第2図中、第1図、第4図及び第5図と同符号は同一
のものを示し、17、22、23は抵抗、18、20はバイポーラ
型トランジスタ、19、21はサーミスタ、24はツェナーダ
イオードを示す。また、VBE1〜VBE3はベース・エミッタ
間電圧、VCE1〜VCE3はエミッタ・コレクタ間電圧、VZ
ツェナー電圧、V1はサーミスタ19に発生する電圧、V2
サーミスタ21に発生する電圧、VRは抵抗22に発生する電
圧、Vccは電源電圧を示す。
この実施例では、第1図に示した電流検出部13をサー
ミスタ19で構成し、電流比較部14をバイポーラ型トラン
ジスタ18と抵抗17で構成すると共に、電圧制御部15をバ
イポーラ型トランジスタ20で構成し、制御電圧発生部16
をツェナーダイオード24、抵抗22、23、サーミスタ21で
構成したものである。
この場合、前記電流検出部13では、サーミスタ19の抵
抗体をバイポーラ型トランジスタ4のコレクタ電流が流
れることで、サーミスタ19の抵抗体の両端に前記コレク
タ電流に比例した電圧V1を得る。すなわち、バイポーラ
型トランジスタ4のコレクタ電流を、前記サーミスタ19
の抵抗体に発生する電圧として検出することができる。
なお、図2では前記サーミスタ19でバイポーラ型トラ
ンジスタ4のエミッタ電流(コレクタ電流+ベース電
流)を検出しているが、一般にベース電流はコレクタ電
流に比べて極めて小さく、実質的には無視できるから、
エミッタ電流とコレクタ電流は実質的に同じ電流として
扱える。従って、実質的には、前記のようにサーモスタ
19でバイポーラ型トランジスタ4のコレクタ電流を検出
している。
電流制御回路11は、サーミスタ19に発生する電圧V
1と、バイポーラ型トランジスタ18のベース・エミッタ
間電圧VBE2とが等しくなるように(V1=VBE2)バイポー
ラ型トランジスタ4のコレクタ電流Icを制御する。
このため、電源電圧が変動しても、バイポーラ型トラン
ジスタ4のコレクタ電流Icは一定に保たれる。
また、バイポーラ型トランジスタ18のベース・エミッ
タ間電圧VBE2は、−2mV/℃程度の温度特性を有するか
ら、温度が上昇すると、上記電圧VBE2は下降する。
この時、サーミスタ19の温度特性を、上記バイポーラ型
トランジスタ18と同じ−2mV/℃程度に選定しておけば
(この程度に選定することは可能である)、このサーミ
スタ19に発生する電圧V1も上記電圧VBE2と同様な変化を
する。
即ち、温度変化に伴う上記両電圧VBE2及びV1の変化を同
じ程度にしておくと、両者が互いに補償を行い、バイポ
ーラ型トランジスタ4のコレクタ電流Icは、温度変化が
あっても、一定に保つことが可能となる。
バイアス回路2として、上記の電流制御回路11のみを
備えた場合の特性例(実測例)を第3図A〜C図に示
す。
バイアス回路2として、電流制御回路11のみを用いた
場合、バイポーラ型トランジスタ4のコレクタ電流Ic
は、温度変化に対しても常に一定であり(A図参照)、
また、電源電圧の変化に対しても一定(B図参照)に保
つことができる。
しかし、高温になると、バイポーラ型トランジスタ4の
発振効率が劣化し、発振出力電力P0が変化する(C図参
照)。
C図のように、温度Ta=0℃と、Ta=25℃、Ta=50℃の
時の電力は図示のように変化するので、電流制御回路の
みでは不十分であることが分かる。
そこで、バイアス回路2に電圧制御回路12を設け、バ
イポーラ型トランジスタ4のエミッタ・コレクタ間電圧
VCE1を制御することにより、発振出力電力P0の変化を抑
えることが必要となる。
電圧制御回路12では、ツェナーダイオード24と抵抗23
により、電源電圧(−Vcc)に影響されない基準電圧VZ
を得る。このツェナー電圧VZは、サーミスタ21と抵抗22
とで分圧し、(VZ=V2+VR)、分圧点の電圧をバイポー
ラ型トランジスタ20のベースに入力する。
このバイポーラ型トランジスタ20では、エミッタ・コレ
クタ間電圧VCE3が、ベース・エミッタ間電圧VBE3と、サ
ーミスタ21に発生する電圧V2との和に等しくなるように
(VCE3=VBE3+V2)制御される。
従って、温度変化に対してサーミスタ21に発生する電圧
V2が変化すると、それに応じて上記電圧VCE3が変化す
る。その結果、バイポーラ型トランジスタ4のエミッタ
・コレクタ間電圧VCE1が温度変化に対して制御され、温
度変化に対するバイポーラ型トランジスタ4の発振効率
の変化を抑止し、出力電力P0の変化も抑止される。
上記の電圧制御回路12の制御により、例えば、第3図
Cでは、Ta=0℃の時、VCE1を下げ、Ta=50℃の時、V
CE1を上げるように制御すれば、発振出力電力P0の温度
補償が可能となる。このようにして出力電力の温度補償
を行った例(実測値)を第3図D〜F図に示す。F図の
出力電力P0は、温度が0℃、25℃、50℃と変化しても、
ほとんど変動しないことが明らかである。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば次のような効果
がある。
(1)温度変化や電源電圧の変化があっても、発振出力
電力の変動は抑制され、常に安定した出力電力が得られ
る。
(2)安定した発振出力を供給することが可能となり、
安定した無線システム等の構築ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理図、 第2図は本発明の1実施例を示す回路図、 第3図は上記実施例の特性例を示した図、 第4図は従来例1(電流温度補償付)の回路図、 第5図は従来例2(電源電圧変動補償付)の回路図、 第6図は上記従来例1の特性例を示した図、 第7図は上記従来例2の特性例を示した図である。 1……発振回路、2……バイアス回路 11……電流制御回路、12……電圧制御回路 13……電流検出部、14……電流比較部 15……電圧制御部、16……制御電圧発生部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発振素子としてバイポーラ型トランジスタ
    (4)を用いた発振回路(1)と、上記バイポーラ型ト
    ランジスタ(4)のバイアスを制御するバイアス回路
    (2)とを備えたマイクロ波発振器において、 上記バイアス回路(2)には、 上記バイポーラ型トランジスタ(4)のコレクタ電流を
    検出する電流検出部(13)と、前記電流検出部(13)で
    の検出値と基準値とを比較し、上記バイポーラ型トラン
    ジスタ(4)のベース電圧を制御する電流比較部(14)
    とからなり、上記バイポーラ型トランジスタ(4)のコ
    レクタ電流が常に一定となるように制御を行う電流制御
    回路(11)と、 制御電圧を発生する制御電圧発生部(16)と、上記制御
    電圧により、温度変化に対して発振出力電力変動が少な
    くなるように、上記バイポーラ型トランジスタ(4)の
    エミッタ・コレクタ間電圧を制御する電圧制御部(15)
    とからなる電圧制御回路(12)とを設け、 上記バイポーラ型トランジスタ(4)のコレクタ電流の
    定電流化、エミッタ・コレクタ間電圧の温度補償を図る
    ことで、温度や電源電圧の変化による発振出力電力の変
    動を抑制したことを特徴とするマイクロ波発振器。
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