JP4764917B2

JP4764917B2 - 高周波コルピッツ回路

Info

Publication number: JP4764917B2
Application number: JP2008327023A
Authority: JP
Inventors: 隆司松本
Original assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nihon Dempa Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: US20100156548A1; US8154355B2; JP2010153972A; CN101764572B; CN101764572A

Description

本発明は、高周波コルピッツ回路に係り、特に、高周波の負性抵抗を確保しながら、回路の安定化を実現した高周波コルピッツ回路に関する。

［従来のコルピッツ回路：図６］
従来のコルピッツ回路について図６を参照しながら説明する。図６は、従来のコルピッツ回路の構成図である。
従来のコルピッツ回路は、図６に示すように、水晶振動子が接続される端子（Port P1）と、水晶振動子の発振周波数を増幅するトランジスタＱ１とを備え、トランジスタＱ１のベースに上記端子が接続され、トランジスタＱ１のコレクタには電源電圧（Ｖ＿ＤＣ）が抵抗Ｒ３を介して印加され、更に電源電圧が抵抗Ｒ１を介してベースに接続し、そしてベースは抵抗Ｒ２を介して接地されている。

また、トランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ４を介して接地され、また、ベースは直列接続のコンデンサＣ１とコンデンサＣ２を介して接地され、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２よの間の点がエミッタに接続している。そして、コレクタから増幅された発振周波数が出力される出力端子が設けられている。

また、図６におけるコルピッツ回路における負性抵抗特性を図７に示す。図７は、従来のコルピッツ回路の負性抵抗特性を示す図である。図７では、横軸が周波数の値を示し、縦軸が負性抵抗の値を示している。
図７では、負性抵抗が２００ＭＨｚ以上で実現されている。

尚、関連する先行技術としては、特開２００７−１１６４８７「高周波コルピッツ発振回路」（出願人：エプソントヨコム株式会社）がある（特許文献１）。
特許文献１には、コルピッツ発振回路とコレクタ接地増幅回路とを備え、コルピッツ発振回路の出力端子をコレクタ接地増幅回路の入力端子とを接続し、コレクタ接地増幅回路の出力をコルピッツ発振回路に帰還接続するようにしたものである。

また、その他の先行技術として、特開２００４−２６６５８３「圧電発振器」（出願人：東洋通信機株式会社）がある（特許文献２）。
特許文献２には、コルピッツ型圧電発振器において、トランジスタのエミッタからの信号をベースに帰還し、更に、エミッタ側に負性抵抗を制御する共振回路が設けられている構成が示されている。

また、その他の先行技術として、特開２００４−３０４６６７「圧電発振器」（出願人：東洋通信機株式会社）がある（特許文献３）。
特許文献３には、コルピッツ型圧電発振器において、ＦＥＴトランジスタＴＲ２のソースからの信号を発振用トランジスタＴＲ１のベースに帰還し、ＦＥＴトランジスタのドレイン側に発振周波数を制御する並列同調回路を設けた構成が示されている。

特開２００７−１１６４８７号公報特開２００４−２６６５８３号公報特開２００４−３０４６６７号公報

しかしながら、上記従来のコルピッツ回路では、高周波の負性抵抗を確保するためには、図６におけるコンデンサＣ１，Ｃ２の容量値を小さくしなければならないが、小さくし過ぎると、パターンの影響や外部条件の影響を受けやすくなり、回路として安定しないという問題点があった。
尚、上記従来のコルピッツ回路では、安定発振の周波数の限界値は、２００ＭＨｚ〜３００ＭＨｚと考えられる。

また、特許文献１〜３では、帰還回路のトランジスタのコレクタからの信号を発振用のトランジスタのベースに帰還抵抗を介して帰還させる構成とはなっていないものであり、回路を高周波に対応させ、更に回路規模を小さくすることまでは考慮されていない。

本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、高周波においても安定した発振を実現でき、回路規模を小さくできる高周波コルピッツ回路を提供することを目的とする。

上記従来例の問題点を解決するための本発明は、高周波における負性抵抗を確保し、高周波において安定した発振を実現する高周波コルピッツ回路であって、水晶振動子からの発振周波数信号を増幅する発振用トランジスタと、発振用トランジスタのコレクタがベースに接続する帰還用トランジスタとを設け、発振用トランジスタのコレクタには電源電圧が第１の抵抗を介して印加され、発振用トランジスタのベースには直列接続の第１のコンデンサと第２のコンデンサの一端が接続され、他端が接地され、発振用トランジスタのエミッタには、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗を介して接地され、帰還用トランジスタのコレクタには電源電圧が第３の抵抗を介して印加されると共に出力端子に接続され、当該コレクタが帰還抵抗を介して発振用トランジスタのベースに接続され、帰還抵抗の抵抗値が第１の抵抗及び第３の抵抗の抵抗値より大きく設定されていることを特徴とする。

本発明は、上記高周波コルピッツ回路において、第２のコンデンサの代わりに、並列接続の第２のコンデンサとコイルの共振回路を設けたことを特徴とする。

本発明は、上記高周波コルピッツ回路において、発振用トランジスタのエミッタには、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗が接続される代わりに、コイルと並列接続の第２の抵抗及び第３のコンデンサとが直列に接続し、当該並列接続の他端が接地され、コイルと第２のコンデンサとで共振回路を構成したことを特徴とする。

本発明は、上記高周波コルピッツ回路において、共振回路で共振周波数を制御することを特徴とする。

本発明は、上記高周波コルピッツ回路において、回路を構成する素子をＩＣ化したことを特徴とする。

本発明によれば、発振用トランジスタのコレクタがベースに接続する帰還用トランジスタとを設け、発振用トランジスタのコレクタには電源電圧が第１の抵抗を介して印加され、発振用トランジスタのベースには直列接続の第１のコンデンサと第２のコンデンサの一端が接続され、他端が接地され、発振用トランジスタのエミッタには、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗を介して接地され、帰還用トランジスタのコレクタには電源電圧が第３の抵抗を介して印加されると共に出力端子に接続され、当該コレクタが帰還抵抗を介して発振用トランジスタのベースに接続され、帰還抵抗の抵抗値が第１の抵抗及び第３の抵抗の抵抗値より大きく設定されている高周波コルピッツ回路としているので、高周波における負性抵抗を容易に確保でき、発振回路の増幅度を増やし、高周波においても安定した発振を実現でき、回路規模を小さくできる効果がある。

本発明によれば、発振用トランジスタのエミッタには、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗が接続される代わりに、コイルと並列接続の第２の抵抗及び第３のコンデンサとが直列に接続し、当該並列接続の他端が接地され、コイルと第２のコンデンサとで共振回路を構成した上記高周波コルピッツ回路としているので、高周波における負性抵抗を容易に確保できる効果がある。

本発明によれば、共振回路で共振周波数を制御する上記高周波コルピッツ回路としているので、容易に負性抵抗特性を制御できる効果がある。

本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
［実施の形態の概要］
本発明の実施の形態に係る高周波コルピッツ回路は、発振用トランジスタＱ１のコレクタには電源電圧が第１の抵抗（Ｒ３）を介して印加され、発振用トランジスタＱ１のベースには水晶振動子が接続されると共に、直列接続の第１のコンデンサ（Ｃ１）と第２のコンデンサ（Ｃ２）の一端が接続され、他端が接地され、発振用トランジスタＱ１のエミッタには、第１のコンデンサ（Ｃ１）と第２のコンデンサ（Ｃ２）との間の点が接続されると共に、第２の抵抗（Ｒ４）を介して接地され、発振用トランジスタＱ１のコレクタがベースに接続する帰還用トランジスタＱ２を設け、帰還用トランジスタＱ２のコレクタには電源電圧が第３の抵抗（Ｒ５）を介して印加されると共に出力端子に接続され、当該コレクタが帰還抵抗（Ｒｆ）を介して発振用トランジスタＱ１のベースに接続されるものであり、高周波においても安定した発振を実現でき、回路規模を小さくできる。

また、本発明の実施の形態に係る高周波コルピッツ回路は、発振用トランジスタＱ１のエミッタには、第１のコンデンサ（Ｃ１）と第２のコンデンサ（Ｃ２）との間の点が接続されると共に、コイル（Ｌ１）と並列接続の第２の抵抗（Ｒ４）及び第３のコンデンサ（Ｃ３）とが直列に接続し、当該並列接続の他端が接地され、コイル（Ｌ１）と第２のコンデンサ（Ｃ２）とで共振回路を構成した上記高周波コルピッツ回路としたものであり、高周波における負性抵抗を容易に確保できる。

［高周波コルピッツ回路：図１］
本発明の実施の形態（第１の実施の形態）に係る高周波コルピッツ回路（本回路）について図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る高周波コルピッツ回路の構成図である。
本回路は、図１に示すように、発振回路の増幅度を増すために、正帰還回路を内蔵したものとなっている。

具体的には、本回路は、図１に示すように、水晶振動子が接続される端子（Port P1）と、水晶振動子の発振周波数を増幅するトランジスタ（発振用トランジスタ）Ｑ１と、帰還回路を構成するトランジスタ（帰還用トランジスタ）Ｑ２とを備え、トランジスタＱ１のベースに上記端子が接続され、トランジスタＱ１のコレクタには電源電圧（Ｖ＿ＤＣ）が抵抗Ｒ３を介して印加され、更に電源電圧が抵抗Ｒ１を介してベースに接続し、そしてベースは抵抗Ｒ２を介して接地されている。

また、トランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ４を介して接地され、また、トランジスタＱ１のベースは直列接続のコンデンサＣ１とコンデンサＣ２を介して接地され、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間の点がエミッタに接続している。

そして、トランジスタＱ１のコレクタから増幅された発振周波数がトランジスタＱ２のベースに印加され、トランジスタＱ２のコレクタには電源電圧が抵抗Ｒ５を介して印加され、そのコレクタには、コンデンサＣ４を介して出力端子が設けられている。

また、トランジスタＱ２のコレクタは、帰還抵抗Ｒｆを介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ２のエミッタには、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ３が並列に接続され、それぞれの他端は接地されている。
尚、抵抗Ｒ３は請求項における第１の抵抗に、抵抗Ｒ４は請求項における第２の抵抗に、抵抗Ｒ５は請求項における第３の抵抗に、コンデンサＣ１は請求項における第１のコンデンサに、コンデンサＣ２は請求項における第２のコンデンサに相当する。

コンデンサＣ２の代わりに、並列接続のコンデンサＣ２とコイルＬから成る共振回路を設けるようにし、当該共振回路で共振周波数を制御するようにしてもよい。

［本回路の動作・特性：図２］
本回路では、トランジスタＱ２のコレクタから取り出した信号を、帰還抵抗Ｒｆを介してトランジスタＱ１のベースに帰還するようになっている。ここで、帰還抵抗Ｒｆは、抵抗値が小さいと回路全体として発振するおそれがあるため、抵抗Ｒ３，Ｒ５の抵抗値と比べて大きな値の抵抗値となるよう設定されている。また、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を調整することで、帰還量を調整している。
このような、構成とすることで、高周波における負性抵抗を確保できるようになるものである。

図１における負性抵抗特性を図２に示す。図２は、本回路（第１の実施の形態）の負性抵抗特性を示す図である。
本回路において、高周波の負性対抗を確保するために、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小さくする必要があるが、本回路における安定的な発振周波数の限界は、７００ＭＨｚ程度と考えられる。

［本回路の効果］
本回路によれば、トランジスタＱ２のコレクタからの出力信号を、帰還抵抗Ｒｆを介してトランジスタＱ１のベースに入力する構成としているので、高周波対応にすることができ、更に高周波対応としては全体的に回路規模を小さくできる効果がある。

［別の回路：図３］
次に、別の実施の形態（第２の実施の形態）に係る高周波コルピッツ回路（別の回路）について、図３を参照しながら説明する。図３は、別の実施の形態に係るコルピッツ回路の構成図である。
別の回路は、図３に示すように、基本的には図１の本回路と同様であるが、相違する点として、トランジスタＱ１のエミッタには、コイルＬ１の一端が接続され、その他端にはコンデンサＣ３と抵抗Ｒ４が並列接続され、それら他端は接地されている。

ここで、コンデンサＣ２とコイルＬ１とで共振回路（同調回路）を構成し、容易に負性抵抗のピークを制御することができるようになっている。共振回路で制御することで、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を小型化することなく、高周波に対応できるものである。
尚、コイルＬ１は請求項における第１のコイルに、コンデンサＣ３が請求項における第３のコンデンサに相当している。

［別の回路の負性抵抗特性（１）：図４］
次に、別の回路（第２の実施の形態）の負性抵抗特性（１）について図４を参照しながら説明する。図４は、別の回路の負性抵抗特性（１）を示す図である。
図４においては、６００ＭＨｚで、負性抵抗において安定した発振を実現している。

［別の回路の負性抵抗特性（２）：図５］
また、別の回路（第２の実施の形態）の負性抵抗特性（２）について図５を参照しながら説明する。図５は、別の回路の負性抵抗特性（２）を示す図である。
図５では、共振回路において共振周波数を制御することで、１ＧＨｚで、負性抵抗において安定した発振を実現している。

［別の回路の効果］
別の回路によれば、共振回路において共振周波数を制御することで、周波数７００ＭＨｚ以上での安定した発振も可能とすることができる効果がある。

［本回路及び別の回路の効果］
また、本回路及び別の回路によれば、帰還抵抗Ｒｆを用いて帰還するようにしているので、大きい容量のコンデンサを必要としないことから、回路全体のＩＣ化に適している。

本発明は、高周波においても安定した発振を実現でき、回路規模を小さくできる高周波コルピッツ回路に好適である。

本発明の実施の形態に係る高周波コルピッツ回路の構成図である。本回路（第１の実施の形態）の負性抵抗特性を示す図である。別の実施の形態に係るコルピッツ回路の構成図である。別の回路の負性抵抗特性（１）を示す図である。別の回路の負性抵抗特性（２）を示す図である。従来のコルピッツ回路の構成図である。従来のコルピッツ回路の負性抵抗特性を示す図である。

符号の説明

Ｑ１…トランジスタ、Ｑ２…トランジスタ、Ｒｆ…帰還抵抗、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６，Ｒ７…抵抗、Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５…コンデンサ、Ｌ１…コイル

Claims

高周波における負性抵抗を確保し、高周波において安定した発振を実現する高周波コルピッツ回路であって、
水晶振動子からの発振周波数信号を増幅する発振用トランジスタと、前記発振用トランジスタのコレクタがベースに接続する帰還用トランジスタとを設け、
前記発振用トランジスタのコレクタには電源電圧が第１の抵抗を介して印加され、
前記発振用トランジスタのベースには直列接続の第１のコンデンサと第２のコンデンサの一端が接続され、他端が接地され、
前記発振用トランジスタのエミッタには、前記第１のコンデンサと前記第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗を介して接地され、
前記帰還用トランジスタのコレクタには電源電圧が第３の抵抗を介して印加されると共に出力端子に接続され、当該コレクタが帰還抵抗を介して前記発振用トランジスタのベースに接続され、
前記帰還抵抗の抵抗値が前記第１の抵抗及び前記第３の抵抗の抵抗値より大きく設定されていることを特徴とする高周波コルピッツ回路。
第２のコンデンサの代わりに、並列接続の第２のコンデンサとコイルの共振回路を設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波コルピッツ回路。
発振用トランジスタのエミッタには、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点が接続されると共に、第２の抵抗が接続される代わりに、コイルと並列接続の第２の抵抗及び第３のコンデンサとが直列に接続し、当該並列接続の他端が接地され、前記コイルと前記第２のコンデンサとで共振回路を構成したことを特徴とする請求項１記載の高周波コルピッツ回路。
共振回路で共振周波数を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の高周波コルピッツ回路。
回路を構成する素子をＩＣ化したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の高周波コルピッツ回路。