JPS5850042B2 - Relaxation oscillator using high frequency excitation - Google Patents

Relaxation oscillator using high frequency excitation

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JPS5850042B2
JPS5850042B2 JP47054349A JP5434972A JPS5850042B2 JP S5850042 B2 JPS5850042 B2 JP S5850042B2 JP 47054349 A JP47054349 A JP 47054349A JP 5434972 A JP5434972 A JP 5434972A JP S5850042 B2 JPS5850042 B2 JP S5850042B2
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emitter
base
frequency
high frequency
voltage
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芳正 大村
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、間歇的に起きる高周波電圧により能動素子を
活性状態よりカットオフ状態へと変化させて弛張振動を
生ぜしめる発振器に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an oscillator that generates relaxation oscillations by changing an active element from an active state to a cutoff state using an intermittent high-frequency voltage.

従来この種の弛張発振器としてはトランスを用いて、出
力電圧の位相を変えて入力側に正帰還させトランジスタ
を飽和させることでトランジスタをオン・オフしている
Conventionally, this type of relaxation oscillator uses a transformer to turn on and off the transistor by changing the phase of the output voltage and feeding it positive feedback to the input side to saturate the transistor.

いわゆるブロッキング発振器と云われているものである
This is what is called a blocking oscillator.

またトランジスタを2個用いた無安定回路として弛張発
振器がある。
There is also a relaxation oscillator as an astable circuit using two transistors.

各回路図を第1図と第2図に示した。これら従来の弛張
発振器は活性状態から飽和状態を経てカットオフになる
という三段階になっている。
Each circuit diagram is shown in FIG. 1 and FIG. 2. These conventional relaxation oscillators have three stages: an active state, a saturation state, and a cutoff state.

本発明は高周波電圧を用いて能動素子をオン・オフする
ことにより弛張発振を与え、特別な調整を必要とせず電
源電圧によって周波数が広範囲に変ることを特徴とする
弛張発振器を提供するにある。
The present invention provides a relaxation oscillator which provides relaxation oscillation by turning on and off an active element using a high frequency voltage, and whose frequency changes over a wide range depending on the power supply voltage without requiring special adjustment.

以下、本発明を第3図の回路図によって説明する。The present invention will be explained below with reference to the circuit diagram shown in FIG.

この実施例では、半導体能動素子として三つの端子を有
するトランジスタを例に説明する。
In this embodiment, a transistor having three terminals will be described as an example of a semiconductor active element.

容量C1を能動素子のベースとエミッタとの間に接続し
、抵抗R1を電源端子■。
A capacitor C1 is connected between the base and emitter of the active element, and a resistor R1 is connected to the power supply terminal ■.

とベースの間に接続し、抵抗R2を端子V。and the base, and resistor R2 to terminal V.

とコレクタの間に接続し、容量C3とインダクタンスと
してコイルL3を直列にしたものをベースとコレクタと
の間に接続し、さらに容量C2と、容量C4とインダク
タンスとしてのコイルL4を直列に接続したものをコレ
クタとエミッタとの間に並列に接続することにより高周
波励振による弛張発振回路が構成される。
and the collector, a capacitor C3 and a coil L3 as an inductance are connected in series between the base and the collector, and a capacitor C2, a capacitor C4 and a coil L4 as an inductance are connected in series. By connecting these in parallel between the collector and emitter, a relaxation oscillation circuit using high frequency excitation is constructed.

この回路において高周波発振周波数を決めるのはC1,
C2,L3である。
In this circuit, C1 determines the high frequency oscillation frequency.
They are C2 and L3.

即ち発振周波数fは次式%式% この式にC1=250PF1 C2=500PFL3=
0.3μHを代入するとf中23MHzになる。
That is, the oscillation frequency f is calculated using the following formula: % Formula % This formula: C1=250PF1 C2=500PFL3=
Substituting 0.3 μH gives 23 MHz in f.

第4図は高周波電圧波形を示す。FIG. 4 shows the high frequency voltage waveform.

この図から明らかな如く周波数はほぼ23MHzになっ
ている。
As is clear from this figure, the frequency is approximately 23 MHz.

この波形はコレクタ・エミッタ間、ベース・エミッタ間
でも見られる。
This waveform can also be seen between the collector and emitter and between the base and emitter.

波形の大きさとして前者をvcg、後者を■ とすると
V 字0.15 volt(P−P’)、VBB:0
.2 volt(P P)である。
Assuming the waveform size is vcg for the former and ■ for the latter, it is V-shaped 0.15 volt (P-P'), VBB: 0
.. 2 volt (P P).

但し電源電圧■oを20 voltにした場合である。However, this is the case where the power supply voltage (■o) is set to 20 volts.

つまりベース・エミッタ間に生ずる電圧が高くなる。In other words, the voltage generated between the base and emitter increases.

このベース・エミッタ間のバイアス電圧の変化dVBE
によってベースにおける電荷の変化dQBが生ずること
で拡散容量cd=dQB/dVBEが考えられる。
This change in base-emitter bias voltage dVBE
As a result of the charge change dQB occurring at the base, the diffusion capacitance cd=dQB/dVBE can be considered.

以上のことはトランジスタの高周波発振が行われている
状態であると見られる現象であるからトランジスタの動
作としては活性領域にあることになる。
The above phenomenon is considered to be a state in which high-frequency oscillation of the transistor is occurring, so the operation of the transistor is in the active region.

この結果高周波電圧がベース領域に励振電圧として加わ
ることが原因となりトランジスタが活性状態よりカット
オフ状態へと変化する。
As a result, a high frequency voltage is applied to the base region as an excitation voltage, causing the transistor to change from an active state to a cutoff state.

このカットオフの状態はベース・エミッタ間とコレクタ
・エミッタ間に生ずる高周波電圧、並びにパルス状波形
はよく一致していることからカットオフ領域に同時に入
ると考えられる。
In this cutoff state, it is considered that the high frequency voltages generated between the base and emitter and between the collector and emitter as well as the pulse waveforms coincide well, so that they enter the cutoff region at the same time.

第5図は活性領域とカットオフ領域についての観測波形
である。
FIG. 5 shows observed waveforms for the active region and cutoff region.

第5図の下の波形から明らかの如く高周波電圧によって
正領域から負領域にと減衰したベース・エミッタ間の電
圧が、トランジスタのベース・エミッタ間を逆バイアス
することになり高周波発振は維持できなくなる。
As is clear from the waveform at the bottom of Figure 5, the base-emitter voltage attenuated from the positive region to the negative region by the high-frequency voltage reverse biases the base-emitter of the transistor, making it impossible to maintain high-frequency oscillation. .

従ってトランジスタはカットオフ状態になる。The transistor is therefore cut off.

高周波発振はカットオフ状態で停止し、トランジスタの
外部回路素子の作用として充・放電現象が生じ再びトラ
ンジスタは活性状態に復することになり、次の動作とし
て前記の状態を繰り返す。
The high frequency oscillation stops in the cut-off state, and charging and discharging phenomena occur as a result of the action of the external circuit elements of the transistor, and the transistor returns to the active state again, and the above-mentioned state is repeated as the next operation.

従って本発明は従来のものとは根本的に異なり高周波電
圧を利用していることが特徴と云える。
Therefore, it can be said that the present invention is fundamentally different from the conventional ones in that it utilizes a high frequency voltage.

いわゆる高周波電圧というのは前記したように約23M
Hzとか45MHzという高い周波数であり、第3図で
L4とC4を取除いた場合に生ずるコレクタ・エミッタ
間の波形が第4図に示されるものであり、正弦波である
ことを示している。
The so-called high frequency voltage is about 23M as mentioned above.
It is a high frequency such as Hz or 45 MHz, and the waveform between the collector and emitter generated when L4 and C4 are removed in FIG. 3 is shown in FIG. 4, indicating that it is a sine wave.

この高周波発振電圧が生じている場合にL4とC4を接
続すると第5図の如く弛張発振波形になる。
If L4 and C4 are connected when this high frequency oscillation voltage is generated, a relaxation oscillation waveform as shown in FIG. 5 is obtained.

第5図は上がコレクタ・エミッタ間、下がベース・エミ
ッタ間の波形である。
In FIG. 5, the upper part shows the waveform between the collector and emitter, and the lower part shows the waveform between the base and emitter.

弛張発振波形の立下る部分を拡大したのが第6図であり
、上は第3図のC4の両端における波形で、下は高周波
電圧が陰を施した部分に含まれるベース・エミッタ間の
波形である。
Figure 6 shows an enlarged view of the falling part of the relaxation oscillation waveform. The upper part is the waveform at both ends of C4 in Figure 3, and the lower part is the base-emitter waveform included in the shaded part of the high-frequency voltage. It is.

C4の両端の波形は高周波成分を除いたものである。The waveforms at both ends of C4 exclude high frequency components.

第3図に於て、回路素子から云うと従来のものと比べ特
別に調整を必要とせずに弛張発振が生じ、電源電圧を変
えることによって周波数が広範囲に変ることが特徴であ
る。
In FIG. 3, compared to the conventional circuit elements, relaxation oscillation occurs without any special adjustment required, and the frequency can be changed over a wide range by changing the power supply voltage.

その周波数は2011z位から50KHz位迄変えるの
に電源電圧を8V位から30V位迄変えている。
The frequency is changed from about 2011z to about 50KHz, and the power supply voltage is changed from about 8V to about 30V.

その関係を第7図に示した。The relationship is shown in Figure 7.

一方トランジスタの最大定格をこえた電圧を印加しても
再現性よく発振することも確認され、周波数も50KH
z以上にもなり得る。
On the other hand, it was confirmed that oscillation occurs with good reproducibility even when a voltage exceeding the maximum rating of the transistor is applied, and the frequency is 50KH.
It can be more than z.

出力電圧は第8図に示す如く電源電圧を上昇させても出
力電圧の振幅はあまり変らない。
As for the output voltage, as shown in FIG. 8, even if the power supply voltage is increased, the amplitude of the output voltage does not change much.

従って次段に増幅器等を接続するのに有利である。Therefore, it is advantageous to connect an amplifier or the like to the next stage.

さらに第6図に示したC4の両端の電圧は直流成分とし
て利用できる。
Furthermore, the voltage across C4 shown in FIG. 6 can be used as a DC component.

次に発振条件については通常のトランジスタにおける場
合と異なる事柄が極端になっている事を示す。
Next, we will show that the oscillation conditions are extremely different from those in ordinary transistors.

まずベース電流は通常の1500倍から2000倍も流
れ、コレクタ電流も150倍から500倍の量になる。
First, the base current flows 1500 to 2000 times the normal amount, and the collector current also flows 150 to 500 times.

これらの電流は持続して流れていないことが幸いしトラ
ンジスタの破損を招いていない。
Fortunately, these currents do not flow continuously and do not cause damage to the transistor.

このような特異な現象であるので適切な発振条件を安易
に決められない。
Since this is a unique phenomenon, appropriate oscillation conditions cannot be determined easily.

但し云えることは高周波発振周波数は20 MHz以上
にすることが望ましいと云うことである。
However, what can be said is that it is desirable that the high frequency oscillation frequency be 20 MHz or higher.

例えばインダクタンスLが小さい場合には45MHzの
高周波発振が生じたが、電源電圧変化に対し弛張発振の
周期(周波数)が大幅に変る。
For example, when the inductance L is small, high frequency oscillation of 45 MHz occurs, but the period (frequency) of the relaxation oscillation changes significantly with changes in the power supply voltage.

具体的には20Hzから50KHz迄の変化を示してい
る。
Specifically, it shows a change from 20Hz to 50KHz.

23MHzの場合には80Hzから5KHz迄の変化を
示している。
In the case of 23 MHz, it shows a change from 80 Hz to 5 KHz.

またR1は大きい方がよいと云うことである。Also, the larger R1 is, the better.

高周波発振周波数が高い方がよいということは拡散容量
cd=dQB//dVBEが大きくなると考えられるか
らである。
The reason why it is better to have a higher high-frequency oscillation frequency is because it is considered that the diffusion capacitance cd=dQB//dVBE increases.

トランジスタの活性領域での等価回路はCdに並列の拡
散抵抗rdとベース拡がり抵抗rbが直列に接続された
ものである。
The equivalent circuit in the active region of the transistor is one in which a diffused resistor rd and a base diffused resistor rb are connected in series in parallel to Cd.

回路を槽底する抵抗R1と等価回路におけるCd、rd
との条件式は次式になる。
Resistor R1 at the bottom of the circuit and Cd, rd in the equivalent circuit
The conditional expression is as follows.

この式で当該発振器について計算する。Calculate the oscillator using this formula.

23■Zの場合測定波形よりベース・エミッタ間が順バ
イアス期間では、rd=20KJ7.Cd=250PF
でありl lrd 7 Cdl l:27 Qになる。
In the case of 23■Z, the measured waveform shows that during the forward bias period between the base and emitter, rd=20KJ7. Cd=250PF
So l lrd 7 Cdl l:27 Q.

ベース・エミッタ間が逆バイアス期間では、rd=IM
Q。
During the reverse bias period between base and emitter, rd=IM
Q.

Cd=2X10’PFでありl 1 rd/ccti
l中0.35gになる。
Cd=2X10'PF and l 1 rd/ccti
It becomes 0.35g in 1.

R1=500に、!Qであるから上式は充分成立する。R1=500! Since Q, the above equation is fully satisfied.

45 MHzではCdがさらに大きくなると考えられる
It is thought that Cd becomes even larger at 45 MHz.

上式でw、Cdが大きくなるので23MHzよりさらに
有利な条件になることは明らかである。
In the above equation, since w and Cd become larger, it is clear that the conditions are more advantageous than 23 MHz.

例えば前記のrd、Cdの値をそのまま使い45 MH
zを代入してみると順バイアス期間では1lrd/Cd
1l牛14g1 逆バイアス期間では1 rd// C
dl l=:=o、 18 (jになる。
For example, using the above rd and Cd values as they are, 45 MH
Substituting z, it becomes 1lrd/Cd in the forward bias period.
1l cow 14g1 1rd//C in reverse bias period
dl l=:=o, 18 (becomes j.

Cdが大きくなることを考慮すればさらに小さい値にな
るのでより有利になる。
If we take into account that Cd becomes larger, the value becomes even smaller, which is more advantageous.

以上述べた如く、トランジスタ等の能動素子を用いて高
周波発振電圧を生ぜしめて、その高周波電圧を用いて能
動素子を0N−OFFするという新しい機構を備えた弛
張発振器であり、周波数も電源電圧により広帯域に変化
させうるという有利な条件をもつ発振器である。
As mentioned above, this is a relaxation oscillator with a new mechanism in which a high-frequency oscillation voltage is generated using an active element such as a transistor, and the active element is turned on and off using the high-frequency voltage, and the frequency range is wide depending on the power supply voltage. This oscillator has the advantage of being able to be changed to

応用面としてテレビ等のパルス回路等に利用できるため
本発明は非常に重要な発明である。
The present invention is a very important invention because it can be used in pulse circuits for televisions and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図1はパルストランス、ダイオード等を用いたトランジ
スタブロッキング発振器の回路図。 図2は無安定回路(マルチバイブレータ)。 図3は本発明に使用した回路図。 図4はコレクタ・エミッタ間で観測された高周波発振波
形、周波数的23MHzの正弦波。 横軸X=0.02μS/div、縦軸Y= 0.2 V
/ div、電源電圧■。 =6Volt。図5は本発明の回路による弛張発振波形
。 上はコレクタ・エミッタ間の観測波形、下はベース・エ
ミッタ間の観測波形。 横軸X = 0.2 ms/d i v。縦軸Y=1v
/div1電源電圧V□= 20 Vo l t □図
6は弛張発振波形の立下り部分の拡大波形。 上はC4の両端で観測された波形、下はベース・エミッ
タ間での観測波形。 横軸X=0.5μS/aiv、縦軸Y=IV/div、
電源電圧V□=20Vo l t □図7は電源電圧に
対する周波数の関係図。 図8は電源電圧に対する出力電圧の振幅の大きさを示す
。 図中のは出力電圧の上限、■は出力電圧の下限を示す。
Figure 1 is a circuit diagram of a transistor blocking oscillator using a pulse transformer, diode, etc. Figure 2 shows an astable circuit (multivibrator). FIG. 3 is a circuit diagram used in the present invention. Figure 4 shows the high-frequency oscillation waveform observed between the collector and emitter, a sine wave with a frequency of 23MHz. Horizontal axis X = 0.02 μS/div, vertical axis Y = 0.2 V
/ div, power supply voltage ■. =6 Volt. FIG. 5 shows relaxation oscillation waveforms produced by the circuit of the present invention. The top is the observed waveform between the collector and emitter, and the bottom is the observed waveform between the base and emitter. Horizontal axis X = 0.2 ms/d iv. Vertical axis Y=1v
/div1 power supply voltage V □ = 20 Vol t □ Figure 6 is an enlarged waveform of the falling part of the relaxation oscillation waveform. The top is the waveform observed at both ends of C4, and the bottom is the observed waveform between the base and emitter. Horizontal axis X = 0.5μS/aiv, vertical axis Y = IV/div,
Power supply voltage V □ = 20 Vol t □ Fig. 7 is a diagram showing the relationship between frequency and power supply voltage. FIG. 8 shows the magnitude of the amplitude of the output voltage with respect to the power supply voltage. In the figure, the symbol indicates the upper limit of the output voltage, and the symbol ■ indicates the lower limit of the output voltage.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 一つのトランジスタのベースとエミッタとの間に容
量C1を接続し、電源の一方の端子V。 とベースとの間に抵抗R1を、端子■。 とコレクタとの間に抵抗R2を接続し、さらにコレクタ
とベース間にインダクタンスL3と容量C3からなる直
列回路を接続し、コレクタとエミッタ間に容量C2を接
続と共にこれと並列に容量C4とインダクタンスL4か
らなる直列回路を接続し、L4とC4の接続点より出力
端子に接続し、エミッタを電源の他方の端子に接続して
なる高周波励振による弛張発振器。
[Claims] 1. A capacitor C1 is connected between the base and emitter of one transistor, and one terminal V of the power supply. Connect a resistor R1 between the terminal and the base. A resistor R2 is connected between the collector and the collector, a series circuit consisting of an inductance L3 and a capacitor C3 is connected between the collector and the base, a capacitor C2 is connected between the collector and the emitter, and a capacitor C4 and an inductance L4 are connected in parallel with this. A relaxation oscillator using high frequency excitation, which is formed by connecting a series circuit consisting of the following, connecting the connection point of L4 and C4 to the output terminal, and connecting the emitter to the other terminal of the power supply.
JP47054349A 1972-06-02 1972-06-02 Relaxation oscillator using high frequency excitation Expired JPS5850042B2 (en)

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