KR910001644B1 - 전압 제어발진기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전압 제어 발진기

제1도는 콜피트(Colpitt)발진기의 회로도.

제2도는 제1도에 도시된 발진기의 임피던스 대신 사용될 수 있는 수정 전기회로의 등가도.

제3도는 본 발명에 의해 제작된 전압 제어 발진기의 회로도.

제4도는 제3도에 도시된 회로에서 파생된 주파수/차동 전압 전달 곡선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10, 22 : 전류원 18 : 임피던스

20 : 수정 24 : 전압원

26 : 기준전압원

본 발명은 서로 달리 위상 이동되는 궤환경로를 가진 두개의 능동소자를 구비하고 있는 전압제어 발진기에 관한 것으로서, 상기 두 궤환 경로중의 한개의 위상 이동은 사실상 일정하고 두 궤환경로의 출력신호는 벡터적으로 가산된다.

두개의 궤환경로를 가진 전압 제어발진기 영국특허 제1562371호에 공지되어 있다. 이 공지된 발진기는 에미터 결합된 제1 및 제2트랜지스터를 구비한 제 1차동증폭기를 구비하고 있다. 제1트랜지스터의 콜렉터전극은 제1위상 지연회로를 거쳐 에미터 폴로워 트랜지스터, 압전 크리스탈 및 직류 저지 캐패시터의 직렬장치를 포함하고 있는 재생식 전압 궤환 경로에 결합되어 있고, 그 장치는 제2트랜지스터의 베이스전극에 접속되어 있다. 제1위상 지연회로를 포함하고 있는 궤한경로의 위상이동은 사실상 일정하다. 다른 위상 이동궤환경로는 제2트랜지스터의 콜렉터 전극을 제2위상 지연회로를 거쳐 제3 및 제4트랜지스터로 형성된 제2차동증폭기의 공통 에미터 전극에 접속하는데 의하여 형성된다. 주파수 제어 전압원은 제3 및 제4트랜지스터의 베이스 전극에 접속된다. 제3트랜지스터의 콜렉터는 에미터 폴로워 트랜지스터에 접속되어 있다.동작시에 제3 및 제4트랜지스터의 에미터 전극에 공급된 에미터 전류는 제2트랜지스터의 위상 이동된 콜렉터 전류이고 그 전류는 주파수 제어전압에 응답하여 제3 및 제4트랜지스터 사이에서 갈라진다. 제3트랜지스터의 이득을 변경시키는데 의해 가변위상 이동성분이 에미터 폴로워 트랜지스터에 공급된 고정 위상 이동성분에 부가된다. 궤환 경로의 한 이득 즉, 제3트랜지스터만을 포함하고 있는 한 경로의 이득을 변경시키는데 의한 주파수 제어는 발진기의 주파수 제어영역이 제한되고 발진기를 다른 회로망에 접속시킬 때 바람직하지 않은 주파수 제어신호에 응답하여 진폭이 상당히 변동되는 단점이 있다. 더우기, 공지된 발진기회로는 고전류 손실을 가져오며 특히 그 회로가 밧테리 전력 수신기에 사용될 경우 에미터 폴로워 트랜지스터와 관련하여 매우 단점이 많다. 또한 오버톤 주파수를 억압하는 위상 지연회로를 채용하는데 의해 공지의 발진기 회로는 기본 수정주파수 부근에서 동작하게 되어 발진기 회로의 유용한 주파수 범위를 제한하게 된다.

발진기의 주파수를 제어하는 또다른 공지의 방법으로는 배리캡 다이오드를 사용하는 방법이 있다. 이러한 주파수 제어 기술은 약간의 단점에도 불구하고 널리 사용되고 있다. 배리캡 다이오드는 비교적 비싸고 고전암에서 작동하여 허용 가능한 직선성을 얻고 있다. 뿐만 아니라, 배리캡 다이오드는 물리적으로 크기 때문에 이를 모노리딕 회로소자에 집적시킬려면 비교적 넓은 공간이 필요하게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술된 종래의 기술적 단점을 보완한 전압 제어 발진기에 대한 주파수 제어방번을 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 서로 달리 위상 이동되는 궤환경로를 가진 두개의 능동소자를 구비하고 있는 전압제어발진기가 제공되며, 상기 두 경로중의 한 경로의 위상이동은 사실상 일정하고, 두 궤환경로의 신호출력이 벡터적으로 가산되는 것으로서, 두 궤환경로간의 이득 분배를 변동시키기 위한 수단이 제공되며, 이 이득변동수단은 두 능동소자에 각각 결합된 두 제어장치와, 각각의 제어장치에 주파수 제어전압은 공급하여 관련 능동소자를 통해 전류의 분포를 변동시켜 각 경로의 이득을 변경시키는데 의해 전체 위상 이동을 변경시키고 따라서 발진기의 주파수를 변경시키는 수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

두 궤환경로의 이득을 변동시키는데 의하여 한 궤환경로의 이득을 제어하는데 비해 더 큰 주파수 제어영역이 얻어질 수 있으며, 주파수 제어전압에 응답한 진폭변화가 작아진다. 본 발명에 의한 발진기 회로를 설치하면 전압궤환에 비해 전체 전류의 소모가 훨씬 저감되는 전류궤환이 사용된다.

더우기 능동소자의 결합출력에 동조 가능한 위상 진행회로를 결합시키는데 의해 발진기는 주파수 결정장치의 오버톤 모드 주파수, 예를 들면 압전 수정뿔만 아니라 발진기 회로의 용도를 증가시키는 기본 모드에서 동작할 수 있다.

또한 본 발명에 의한 전압 제어 발진기는 각각의 출력을 가지는 두 능동소자와, 그 신호출력이 벡터적으로 가산되고, 능동소자중의 한 입력과 출력가산점 사이에 결합된 주파수 결정장치와, 능동소자에 각각 결합되어 두 능동소자의 각각의 이득을 제어하여 능동소자를 포함하고 있는 궤환경로의 위상을 이동시키는 제어장치를 특징으로 한다.

더우기, 본 발명에 의한 전압 제어 발진기는 콜렉터, 베이스, 제1 및 제2에미터 접합을 가진 반도체 장치와, 콜렉터에 결합된 동조 가능한 공진회로와, 공진 회로와 제1에미터 접합간에 결합된 주파수 결정장치와, 제1 및 제2에미터 정합 사이에 결합된 캐패시턴스와, 제1 및 제1에미터 정합에 각각 결합된 콜렉터를 가지는 한쌍의 차동 접속된 트랜지스터와, 차동 접속된 트랜지스터 쌍의 도전성을 변동시키는데 의해 제1에미터 정합과 베이스 및 콜렉터에 의해 형성되고 제 2에미터 정합, 베이스 및 콜렉터에 의해 형성된 트랜지스터쌍의 도전성을 변동시켜 반도체 장치의 콜렉터에서 전체 위상 이동량을 변경시키는 수단을 특징으로 한다.

본 발명에 의해 제작된 발진기는 배리캡 다이오드를 사용할 필요가 없어 좁은 공간에서도 쉽게 집적시킬수 있는 발진기의 주파수 제어수단을 구비하고 있다. 더우기, 밧테리 전력 수신기와 같은 저전압 장비에 이 발진기를 사용하면 직선성 장치가 아닌 배리캡 다이오드를 사용한 것보다 더욱 주파수 곡전의 직선성이 얻어질 수 있다. 결과적으로, 본 발명에 의해 제작된 발진기로서 주파수 변조 및 복조가 가늠해진다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.제11도에 도시된 콜피트의 발진기 회로를 참조하면. 이 회로는 베이스 전극이 정극성 전압원 +VCC에 접속면 NPN 트랜지스터 TR₁을 구비하고 있다. 이 트랜지스터의 에미터는 전류원(10)을 거쳐 저전압 선로에 접속되어 있고 본 실시 예에서는 0V로 도시되어 있다. 두 직렬 접속된 캐패시터(14, 16)와 병렬인 가변인덕턴스(12)를 구비하고 있는 공진회로는 콜렉터와 정극성 전압원 선로 +VCC에 접속되어 있다. 트랜지스터 TR₁의 에미터와 공진회로의 캐패시터(14, 16) 접합 사이에는 임피던스(18)가 접속되어 있고, 이 임피던스(18)는 작아야 되며 그렇지 않을 경우, 결과적인 감쇄는 회로의 루프 이득이 1을 초과하는 것을 허용하지 않을 것이다.

이 회로는 잘 알려져 있고 상세히 설명할 필요가 없다. 그러나, 발진기로서의 기능에 대한 회로를 위해 발진기의 루프 이득은 1보다 커야만 하며 루프주변의 전체 위상이동은 0이거나 또는 360℃이어야 한다. 임피던스(18)가 0이면 발진기는 트랜지스터 TR₁의 콜렉터에 접속된 공진회로에 의해 결정된 주파수에서 공진한다. 그러나, 임피던스가 소망의 발진 주파수 주위에서 발진주파수를 가지는 것으로 대치될 경우 제2도에 도시된 형태의 전기 등가회로와 수정 임피던스는 수정의 바람직한 직렬 공진 모드에서 발진을 허용하기에 낮은 정도에 불과하다. 발진기의 공진회로가 수정공진의 바람직한 모드의 직렬 공진 주파수와 동일하게 동조되면, 발진기의 주파수 f₁은

이고 여기에서 L₁및 C₁은 소망모드의 수정의 직렬 공진성분이고 기생용량 C_o의 영향은 무시된다.

캐패시턴스 C_e의 소용량 캐패시터가 발진루프의 수정과 직렬로 대치되어, 회로가 발진하면 루프 주변의 위상이동이 다시 0이 되어야 한다. 그러나, 발진기의 에미터와 트랜지스터 TR₁의 콜렉터의 공진회로의 탭점간의 전압 위상 이동이 여분의 직렬 캐패시턴스의 부가에 의해 상당히 변경되지 않는다. 이것은 새로운 발진주파수가 수정의 공진회로와 직렬로 되는 부가적인 캐패시턴스 C_e의 효과에 의해 결정되는 것을 의미하며 결과적으로 새로운 주파수 f₂는

이고 상기 두 식으로부터 주

파수 △f의 가능한 이동량은 △f=f₁( (1+C₁/Ce) -1)임을 알 수 있고, 기생 캐패시턴스 Co의 영향을 무시하면 이것은 대략 △f=f₁· C₁/ (2Ce)이다.

1.38×10^-3pF(7.34mH의 인덕턴스와 직렬인)의 50MHz에서 등가회로의 제3오버톤 수정의 경우 3.45KH의 주파수 이동이 수정과 직렬로 10pF의 삽입에 의해 얻어질 수 있다.

제3도에 도시된 발진기 회로는 직렬 캐패시턴스가 전자적으로 스위치 되어지도록 하고 점차적으로 회로에 작용하는데 의해 전체 위상 이동을 변동시킨다. 이 회로는 두 발진기 트랜지스터 TR₁및 TR₂를 구비하고 있고 그 베이스 전극은 함께 접속되어 정극성 전압원 선로 +VCC에 접속되어 있다. 트랜지스터 TR₁및 TR₂의 콜렉터는 함께 접속되어 있고 두 직렬 접속된 캐패시터(14, 16)와 병렬 접속된 인덕턴스(12)를 구비한 공진회로에 결합되어 있다. 수정(20)은 캐패시터(14,16)의 정합과 트랜지스터 TR₁의 에미터 사이의 궤환경로에 접속되어 있다. 예를 들면 10pF의 값을 가지는 직렬 캐패시터 Ce는 트랜지스터 TR₁및 TR₂의 에미터사이에 접속되어 있고 결과적으로 수정(20)과 캐패시터 Ce는 트랜지스터 TR₂의 궤환경로로 참작될수도 있다. 필요하다면, 트랜지스터 TR₁및 TR₂는 모노리딕 반도체 장치에 회로를 설치할 때 에미터 확산되어 있는 두개의 단일 트랜지스터로 대체될 수도 있다. 상술된 회로가 서로 다른 위상 이동이 적용되는 궤환경로를 가진 두 능동소자로 참작되는 한 각 경로는 수정(20)으로 구성된 공통소자를 가진다. 트랜지스터TR₁및 TR₂의 콜렉터에서 이들 출력은 벡터적으로 합산된다 트랜지스터 TR₁및 TR₂의 이득이 변동하면각 경로에 의해 공급된 전체이득이 변동되고 이에 따라 위상이 이동된다트랜지스터 TR₁및 TR₂의 이득을 변동시키기 위해 이들의 에미터는 차동 접속된 트랜지스터 TR₃및 TR₄의 콜렉터에 각각 접속되어 있고 TR₃및 TR₄의 에미터는 함께 결합되어 본 실시예에서 0V로 도시된 저전압 선로에 결합된 전류원(22)에 접속되어 있다. 전압원(24)으로 제3도에 도시된 자동 주파수 제어전압은 트랜지스터 TR₃및 TR₄의 베이스 전극 사이에 인가된다. 기준전압원(26)은 트랜지스터 TR₃및 TR₄의 베이스 전극 사이에 인가된다. 기준전압원(26)은 트랜지스터 TR₃및 TR₄의 베이스 전극과 저전압 선로 사이에 결합되어 있다.

동작시에 차동 접속된 트랜지스터 TR₃및 TR₄는 두개의 발진기 트랜지스터 TR₁,TR₂사이의 전류분배를 결정한다. 이 전류분배의 제어는 전압원(24)에 의해 차동전압이 공급되는 트랜지스터 TR₃및 TR₄의 베이스 전극에 차동전압의 인가에 의해 실행된다. 큰 차동전압이 이들 베이스에 공급되면 차동쌍의 한 트랜지스터는 완전히 스위치 온되고 다른 것은 완전히 오프된다. 이러한 상황에서 두 발진기 트랜지스터 TR₁, TR₂의 한개만이 능동적으로 발진기 기능을 수행한다. 극도로 두개가 될 경우를 고려한다면 차동 트랜지스터쌍 TR₁,TR₂가 한 방향으로 스위치 될때 발진기 트랜지스터 TR₁은 완전히 온되고 발진기의 궤환 경로는 단지 수정(20)를 포함하며 주파수 f₁는 수정(20)에만 기인된 위상이동에 의해 결정된다. 차동 트랜지스터쌍 TR₃,TR₄가 스위치되면 TR₂는 완전히 온되고, 발진기 궤환경로는 수정(20) 및 10pF 직렬 캐패시터 Ce를모두 포함하며, 주파수 f₂는 이들 성분이 직렬로 되는데 기인한 위상이동에 의해 결정된다. 따라서, 상술된 메카니즘에 의해 발진기의 주파수는 소정량 변형될 것이다.

이들 두 극도의 제어 사이에서, 주파수 이동은 모두 능동적이 되는 트랜지스터 TR₃,TR₄에 공급된 차등전압의 평활함수가 된다. 이것은 트랜지스터 TR₁, TR₂의 도전성이 차례로 변동되는 것을 의미한다. 각각의 두 궤환경로에 기인한 위상 이동 및 각 트랜지스터 TR₁,TR₂의 이득은 트랜지스터 TR₁, TR₂의 콜렉터에서 벡터적으로 합산된다. 따라서, 최종 위상각은 두 트랜지스터 사이의 전류 분배에 좌우된다. 왜냐하면 이것은 위상이동 및 비위상 이동 성분의 상대적인 크기를 결정하기 때문이다. 발진기 루프의 나머지 연결은 수정에 의해 형성되고 따라서, 발진기의 최종 주파수는 수정(20)에 의해 기인된 위상 이동이 트랜지스터 TR₁,TR₂및 캐패시터 Ce에 의해 형성된 회로의 능동부에 기인된 위상 이동을 보상하는 곳이 된다. 따라서, 발진기의 최종 주파수는 트랜지스터 TR₁,TR₂간의 전류분배에 의해 결정되고 또한 차동 트랜지스터쌍 TR₃, TR₄의 베이스에 공급된 차동전압의 연속적인 평활함수가 된다. 이 평활변동은 제4도에 도시되어 있고 여기에서, 가로좌표는 트랜지스터 TR₃,TR₄의 베이스 전극에 공급된 mV 단위의 차동 제어전압 E이고 세로좌표는 HZ단위의 주파수 변동 △f이다.

제3도에 도시된 회로를 설치할 때 트랜지스터 TR₁내지 TR₂는 적절한 발진 주파수에 대한 소신호 RF트랜지스터를 구비하고 있다. 예를 들면 BFY 90형 트랜지스터를 구비하고 있다. 이 회로는 MOS 및 갈륨아세나이드와 같은 다른 기술로 설치될 수도 있다.

본 발명에 의해 제작된 발진기 회로의 특정한 용도로서는 영국특허 제2109201A호에 발로된 직변조 FM수신기에서의 국부 발진기로서의 기능이며, 국부발진기 주파수는 예정량 만큼 반송파 주파수로부터 오프셋된다. 그 특정한 오프셋 주파수에서 수신된 톤을 유지하기 위하여 발진기가 안정하고 트랜지스터 TR₄및 TR₄의 베이스 전극에 공급된 전압을 조정하는데 의해 국부발진기 주파수가 안정 유지될 수 있는데 의하여두 신호와 톤의 중심 주파수가 충분히 달라 대역통과 필터에 의해 서로 구별되어지도록 작용하는 것이 중요하다 .

본 발명이 수정 발진기를 참조하여 기술되었으나 LC 발진기와 같은 다른 발진기에도 적용될 수 있음은 말할 나위도 없다.

Claims (5)

1. 서로 달리 위상 이동되는 각 궤환 경로를 가진 두 능동소자를 구비하는데, 상기 두 경로중의 한 경로의 위상 이동은 일정하고, 두 궤환 경로의 신호 출력이 벡터적으로 합산되는 전압 제어 발진기에 있어서, 두 궤환 경로간의 이득분배를 변동시키기 위한 수단이 제공되는데 상기 이득 변동수단은 두 능동소자에 제각기 결합된 두 제어장치를 구비하고 있고, 각 제어장치에 주파수 제어 전압을 공급하기 위한 수단이 제공되어, 관련 능동소자를 통하여 전류 분배를 변동하여 각 경로의 이득을 변경시켜, 전체 위상 이동을 변경하고, 발진기 주파수를 변경시키도록 한 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
2. 제1항에 있어서, 각 궤환 경로는 두 경로에 공통인 한 주파수 결정 장치를 구비하는 것을 특징으로하는 전압 제어 발진기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 신호 출력의 합산이 공급되는 동조가능한 LC 회로가 제공되고, 능동소자가 공통 베이스 구성에 접속된 접합 트랜지스터를 구비하며, 상기 트랜지스터의 에미터 전극간에 캐패시턴스가 결합되며, 두 제어장치가 상기에미터 전극에 각각 접속된 출력을 가진 차동 증폭기를 구비하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
4. 두 능동소자는 각각 출력을 가지며, 그 신호 출력은 벡터적으로 합산되며, 주파수 결정장치는 출력합산점과 두 능동소자의 입력사이에 결합되고, 위상 이동소자는 두 능동소자의 입력사이에 결합되고, 제어장치는 각각 능동소자에 결합되어, 두 능동소자의 각 이득을 제어하고, 능동소자를 포함한 궤환 경로에서의 위상이동을 제어하는 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.
5. 반도체 장치는 콜렉터, 베이스와, 제1 및 제2에미터 접합부를 가지며, 동조 가능한 공진회로는 콜렉터에 결합되고, 주파수 결정장치는 공진 회로와 제1에미터 접합부간에 결합되며, 콜렉터를 가진 서로 다르게 접속된 트랜지스터 쌍은 제각기 제1 및 제2에미터 접합부에 결합되며, 서로 다르게 접속된 트랜지스터쌍의 도전성 변동수단은 제1에미터 접합부, 베이스 및 콜렉터와, 제2에미터 정합부, 베이스 및 콜렉터로 형성된 트랜지스터의 도전성을 변경하여, 반도체 장치의 콜렉터에서 전체 위상 이동을 변경시키도록 한 것을 특징으로 하는 전압 제어 발진기.

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