KR930008429B1

KR930008429B1 - 가변 주파수 전압제어 발진회로

Info

Publication number: KR930008429B1
Application number: KR1019910007557A
Authority: KR
Inventors: 박호진; 김재휘
Original assignee: 삼성전자 주식회사; 김광호
Priority date: 1991-05-10
Filing date: 1991-05-10
Publication date: 1993-08-31
Also published as: KR920022679A

Abstract

내용 없음.

Description

가변 주파수 전압제어 발진회로

제 1 도는 종래의 전압제어 발진회로도.

제 2 도는 제 1 도를 설명하기 위한 각부의 이상신호 파형도.

제 3 도는 본 발명의 실시예를 보인 가변 주파수 전압제어 발진회로도.

본 발명은 전원전압의 변동에 관계없이 항상 안정된 발진주파수를 출력하며, 주파수 가변 스위치를 사용하여 가변된 발진주파수를 얻을 수 있는 가변 주파수 전압제어 발진회로에 관한 것이다.

통상적으로 전압제어 발진회로는 FM변조기, PLL회로 등과 같이 변화를 주파수의 변화로 변환하여 처리하는 전자기기에 널리 사용된다.

제 1 도는 종래의 전형적인 에미터 결합형 멀티바이브레이터를 사용한 전압제어 발진회로를 나타낸다.

이 종래의 전압제어 발진회로는 트랜지스터(Q₁-Q₆), 저항(R₁)(R₂), 전류원(I₁)(I₁) 및 콘덴서(C)는 에미터 결합형 멀티바이브레이터를 구성하고, 트랜지스터(Q₇)(Q₈₎및 저항(R₃)(R₄)은 전압원(Vcc)으로부터의 제어전압(Vin)을 전류로 변환하여 멀티바이브레이터에 동작전류를 공급하도록 구성된다.

제 2 도의 (a)-(g)는 제 1 도는 전압제어 발진회로의 동작시에 각부 파형도를 나타낸 것으로, (a)-(d)는 동작시의 각부 a,b,c,d,의 파형을 나타내며, (f), (g)는 스위칭 동작을 하는 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 상태를 온(하이레벨) 및 오프(로우레벨)로 나타냈다.

기간(T₁)에는 트랜지스터(Q₂)가 온되고, 정궤한 루프에 의하여 트랜지스터(Q₁)는 오프된다. 이때에 콘덴서(C)로는 트랜지스터(Q₇)의 콜렉터 전류로 결정되는 전류(Ic)가 콘덴서(C)에 통하여 흐른다. 이 상태에는 트랜지스터(Q₂)가 온되고 있으므로 그 에미터전위는 고정되고, 콘덴서(C)의 충전이 진행됨에 따라서 트랜지스터(Q₁)의 에미터전위가 낮아지게 되고, 트랜지스터(Q₁)의 베이스-에미터간에 일정 바이어스가 걸려 결국에는 트랜지스터(Q₁)이 온된다. 트랜지스터(Q₁)가 온된 직후에 정궤한 루프에 의해 트랜지스터(Q₂)는 오프되어 기간(T₂)의 상태가 된다. 이런 방법으로 기간(T₁)(T₂)의 상태를 반복하여 발진이 유지된다.

이와 같이 동작되는 종래의 전압제어 발진회로의 이상적인 발진주파수(Fo)를 구한다.

모든 트랜지스터(Q₁-Q₆)의베이스-에미터간 순방향 강하전압(VBE_(on))은 동일한 것으로 한다. 또한, 기간(T₁)(T₂)에서 콘덴서 (C)에 흐르는 전류(Ic)는 트랜지스터(Q₇)(Q₈)의 콜렉터 전류로 결정된다. 여기서 트랜지스터(Q₇)(Q₈)는 동일특성의 트랜지스터이고, 저항(R₃)(R₄)의 저항값은 동일하게 설정하여 트랜지스터(Q₇)(Q₈)의 각각의 콜렉터 전류(Ic)는 동일하게 흐르도록 한다. 즉,

V_BE1=V_BE2=V_BE3=V_BE4=V_BE5=V_BE6=VBE_(on)

기간(T₁)은 상태에서 트랜지스터(Q₁)가 오프이고 트랜지스터(Q₂)는 온일경우에 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위(V_E2(1)) 및 트랜지스터(Q₁)의 베이스전위(V_B1(1))는 하기와 같이 표현된다.

V_B2(1)=Vcc-2V_BE(On)……………………………………………………(1)

V_B1(1)=V_E4(1)=Vcc-2V_BE(On)……………………………………………(2)

단, Vcc : 전원전압,

V_BEn=V_BE(On): 트랜지스터(Qn)(n=1-6)의 베이스-에미터 순방향 강하전압(이하의 식에서도 동일함).

트랜지스터(Q₂)가 온되고 있으므로 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위(V_BE2(1))는 식(1)의 상태가 되어 고정된다. 한편 트랜지스터(Q₁)는 오프되고 있으므로 트랜지스터(Q₁)의 에미터전위는 콘덴서(C)의 충전과 함께 하강된다. 따라서 기간(T₁)의 종말에 있어서의 트랜지스터(Q₁)의 에미터전위(V_E1(1)E)가 식(2)에 표시하는 트랜지스터(Q₁)의 베이스전위 (V_E1(1))보다 그의 베이스-에미터간 순방향 강하전압 만큼적어졌을 때, 즉

V_B1(1)E=V_E1(1)=V_BE(on)……………………………………………………(3)

가 되는 순간 회로상태는 반전하고 기간(T₂)의 상태가 된다.

이때 트랜지스터(Q₂)는 온에서 오프로 절환되므로 트랜지스터(Q₁)의 종말 에미터전위(V_E1(1)E은 식(3)에서,

V_E1(1)E=V_B1(1)-V_BE(on)…………………………………………………(4)

가 되고, 기간(T₁)의 종말에 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위(V_E2(1)E)는 식(1)의 에미터전위(V_E2(1))이 콘덴서(C)에 의해 유지되므로,

V_E2(1)E=Vcc-2V_BE(On)…………………………………………………(5)

그러므로 기간(T₁)의 종말에서의 콘덴서에 걸리는 전압(V_C(1)E은 식(4),(5)로부터,

V_C(1)E=V_E1(1)E=V_E2(1)E=Vcc-3V_BE(On)-Vcc+2V_BE(On)=-V_BE(On)…(6)이 된다.

기간(T₂)의 상태에서는 트랜지스터(Q₂)가 오프되고 트랜지스터(Q₁)는 온일 경우이며, 트랜지스터(Q₁) 에미터전위(V_E1(2))는 트랜지스터(Q₂)의 베이스전위(V_B2(2))는 하기와 같이 표현된다.

V_E1(2)=Vcc-2V_BE(On)……………………………………………………(7)

V_B2(2)=V_E3(2)=Vcc-2V_BE(On)……………………………………………(8)

이 상태에서는 트랜지스터(Q₁)가 온되고 있으므로 트랜지스터(Q₁)의 에미터전위(V_E1(2))는 식(7)의 상태가 되어 일정하다. 한편 트랜지스터(Q₂)는 오프되고 있으므로 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위는 콘덴서(C)의 충전과 함께 하강된다, 따라서 기간(T₁)의 초기에 있어서의 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위(V_E2(1)S)가 식(8)에 표시하는 트랜지스터(Q₂)의 베이스전위(V_B2(2))보다 그 베이스-에미터간 순방향 강하전압(V_BE(on))만큼 적어졌을 때, 즉

V_B2(2)-V_E2(1)S=V_BE(on)……………………………………………………(9)

가 되는 순간 회로상태는 반전되어 제차 기간(T₁)의 상태가 된다.

이때 트랜지스터(Q₂)는 오프에서 온으로 절환되므로 트랜지스터(Q₂)의 초기 에미터전위(V_E2(1)S)은 식(9)에서,

V_E2(1)S=V_B2(2)-V_BE(on)=Vcc-3V_BE(On)……………………………(10)

가 되고, 기간(T₂)의 초기에 트랜지스터(Q₂)의 에미터전위(V_E1(1)S)는

V_E1(1)S=Vcc-2V_BE(On)………………………………………………(11)

상태로 콘덴서(C)에 의해 유지되므로, 기간(T₁)의 초기에서의 콘덴서(C)에 걸리는 전압(V_C(1)S)은 식(10),(11)로부터,

V_C(1)S=V_E1(1)S-V_E2(1)S=Vcc-2V_BE(On)-Vcc+3V_BE(On)=+V_BE(On)……(12)이 된다.

따라서, 1개의 기간내의 콘데서(C)의 양단의 전위차의 변화량(△Vc)은 식(6),(12)로부터

△Vc=V_C(1)S-V_C(1)E=V_BE(On)-(-V_BE(On))=2V_BE(On)………………(13)

이 된다.

이상 제 2 도에 도시된 기간 T₁,T₂의 시간 t를 구하면,

…………………………………………………(14)

따라서 이상적인 발진주파수(F₀)는,

………………………………………………………(15)

가 된다. 즉, 제어전압(Vin)에 의하여 전류(Ic)를 제어함으로써 Ic에 대하여 직선적으로 발진주파수 (F₀)를 제어할 수 있다.

이와 같은 종래의 발진회로는 전원전압(Vcc)이 변동되었다고 가정했을 경우에 트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터로 흐르는 전류(Ic)가 변동되고, 이는 콘덴서(C)에 충전되는 식(14)의 충전전압(△Vc)의 변동을 초래하는 그 전압 변동분만큼 발진주파수도 변동되므로 정밀한 발진주파수를 얻을 수 없게된다, 또한 종래의 발진회로는 식(15)의 발진주파수로만 발진되므로 하나의 회로구성으로 배치된 주파수를 얻기 위하여 멀티플라이어 코어 등과 같은 복잡한 회로 구성을 필요로 한다.

따라서 본 발명의 목적은 발진주파수가 전원전압의 영향을 받지 않으며, 주파수 가변 스위치를 이용한 간단한 구성으로 체배된 주파수를 얻을 수 있는 가변 주파수 전압제어 발진회로를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 제1 및 제2트랜지스터와, 제1 및 제2트랜지스터의 에미터사이에 접속되는 콘덴서와, 상기 제1 및 제2트랜지스터의 콘렉터에 각가 젭속된 제1 및 제2의 부하와, 제1트랜지스터의 콜렉터와 제2트랜지스터의 베이스 사이, 및 제2트랜지스터의 콜렉터와 제1트랜지스터의 베이스 사이에 접속되는 제1 및 제2의 피드백 수단과, 상기 제1 및 제2트랜지스터의 에미터 및 베이스에 각각 접속된 제1바이어스회로와, 상기 제1 및 제2트랜지스터의 에미터에 공통으로 접속된 제2바이어스회로와, 상기 제2바이어스회로에 연결되어 제2바이어스회로의 출력정전류를 제어하는 주파수 가변 스위치를 구성된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제 3 도는 본 발명의 실시예를 보인 회로도이다. 제 3 도에 있어서 제 1 도에 도시된 종래의 발진회로와 상이한 점은 제1바이어스회로(1)가 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터 및 베이스에 각각 접속되고, 제2바이어스회로(2)가 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터에 각각 연결되며, 상기 제2바이어스회로(2)에 연결되어 출력정전류원(I^*)을 제어하는 주파수 가변 스위치(4)가 추가된 것이다. 그밖의 구성은 모두 제 1 도와 동일하므로 이하에 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

상기 구성에서 제1 및 제2바이어스회로(1)(2)는 자체 바이어스 형태의 전류미러 회로로 구성되며, 주파수 가변 스위치(4)는 본 발명의 회로를 집적화했을 경우에 외부단자(A)를 통해 연결되고, 이 단자(A)를 통하여 외부신호(하이 혹은 로우레벨신호)를 인가하여 제2바이어스회로(2)의 동작을 제어하도록 접속된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명의 회로동작은 주파수 가변 스위치(4)를 동작시키지 않았을 경우와 동작시켰을 경우로 나누어 설명한다.

먼저, 주파수 가변 스위치(4)를 동작시키지 않았을 경우는 외부단자(A)에 하이레벨신호가 인가되어 있는 경우로서 트랜지스터(Q13)가 온되어 제2바이어스회로(2)의 전류출력 축 트랜지스터(Q₇)(Q₈)(Q₁₁)가 모두 오프상태이다. 이 경우를 설명한다.

제 3 도에서 제1바이어스회로(1)는 트랜지스터(Q₉)(Q₁₀)의 턴온전압(VBE(on))과 저항(R₈)에 의해 전류(I)가 결정된다. 이와 같은 제1바이어스회로(1)는 자체 바이어스 형태의 전류미러 회로로 구성되며, 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터 및 베이스에 각각 접속된 각 노드에 정전류원(I)이 형성되어 제1바이어스회로(1)에서 결정된 전류(I)와 같은 량의 전류가 흐르게 된다.

그러므로 상기에서 언급한 종래의 에미터 결합형 멀티바이브레이터를 이용한 발진회로의 발진주파수(F₀)를 나타낸 식(15)에서 알 수 있듯이 전류(I_C)가 궁극적으로 발진주파수(F₀)를 결정짓게 되고, 이 전류(I_C)는 상기에서 설명한 바와 같이 제1바이어스회로(1)에 의해 전원전압(Vcc)의 변화에 무관하게 항상 일정하게 흐르므로 발진주파수(F₀) 역시 항상 일정하게 된다.

다음은 주파수 가변스위치(4)를 동작시켰을 경우, 즉 외부단자(A)에 로우레벨의 신호를 입력하였을 경우를 설명한다.

외부단자(A)에 로우레벨신호가 입력되면 제2바이어스회로(2)가 정상적으로 동작하여 전류 출력 측의 트랜지스터(Q₇)(Q₈)를 통해 출력정전류원(I^*)을 형성한다. 상기 제2바이어스회로(2)는 앞에서 언급한 제1바이어스회로(1)와 같이 자체 바이어스 형태의 전류미러회로로 구성되므로, 출력정전류(I^*)는 서로 동일한 전류값을 갖는다.

그러므로 주파수 가변 스위치(4)를 동작시키게 되면 에미터 결합형 멀티바이브레이터의 출력주파수(F₀)를 나타낸 식(15)에서 전류(I_C=I)가 전류(I)가 전류(I^*)를 합한 값, 즉 2I_C가 되므로 출력주파수 (F₀)를 나타내는 상기의 식(15)는 하기의 식으로 표현된다.

………………………………………………(16)

따라서, 상기 식(16)에서 알수 있듯이 원래의 발진주파수보다 2체배된 발진주파수(F₀)가 출력된다.

본 발명에 의하면, 전원전압이 변하더라도 발진주파수가 거의 일정하며, 이 회로를 반도체 집적회로로서 이용할 때 주파수 가변 스위치를 외부단자로 접속하여 외부회로에서 주파수 가변 신호를 인가해 줌으로써 발진주파수를 가변할 수 있게 된다.

Claims

제 1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)와, 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터 사이에 접속되는 콘덴서(C)와, 상기 제 1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 컬렉터에 각각 접속된 제1 및 제2의 부하(R₁,Q₅)(R₂,Q₆)와, 제1트랜지스터(Q₁)의 콜렉터와 제2트랜지스터(Q₂)의 베이스 사이, 및 제2트랜지스터(Q₂)의 콜렉터와 제1트랜지스터(Q₁)의 베이스 사이에 접속되는 제1 및 제2의 피드백 수단(Q₃)(Q₄)과, 상기 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터 및 베이스에 각각 접속된 제1바이어스회로(1)와, 상기 제1 및 제2트랜지스터(Q₁)(Q₂)의 에미터에 공통으로 접속된 제2바이어스회로(2)와, 상기 제2바이어스회로(2)에 연결되어 제2바이어스회로(2)의 출력정전류원(I^*)을 제어하는 주파수 가변 스위치(4)로 구성되는 것을 특징으로하는 가변 주파수 전압제어 발진회로.