(57)【要約】【課題】  特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いることなく、負荷抵抗の変動による周波数ずれを利用して周波数を調整することができる発振器を提供する。【解決手段】  発振素子Ｘ１と、発振用トランジスタＱ１と、増幅用トランジスタＱ２とを備えた発振器であって、発振用トランジスタＱ１の出力段に電界効果トランジスタ（例えばＭＯＳＦＥＴ）２０を設け、当該ＭＯＳＦＥＴ２０のゲート電圧Ｖｃｃを制御することにより、バリキャップダイオードを用いなくても、ＭＯＳＦＥＴ２０のソース−ドレイン間の電流を変化させて、発振段直後の負荷抵抗を変動させ、それによる周波数ずれを利用して出力周波数を調整することができる発振器としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、
前記発振素子の一端が前記発振用トランジスタのベースに接続され、前記発振素子の他端が接地され、
前記発振用トランジスタのコレクタが、前記増幅用トランジスタのベースに接続され、
前記発振用トランジスタのコレクタと前記増幅用トランジスタのベースとの間の点にドレインが接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタを設け、
前記電界効果トランジスタに印加されるゲート制御電圧によって出力周波数の値が調整されることを特徴とする発振器。
【請求項２】
発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、
前記発振素子の一端が前記発振用トランジスタのベースに接続され、前記発振素子の他端が接地され、
前記発振用トランジスタのコレクタが、前記増幅用トランジスタのベースに接続され、
前記発振用トランジスタのコレクタと前記増幅用トランジスタのベースとの間の点に一端が接続され、他端が接地された可変抵抗を設け、
前記可変抵抗の抵抗値に応じて出力周波数の値が調整されることを特徴とする発振器。
【請求項３】
発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間に、第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列に接続され、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に電界効果トランジスタのドレインが接続されていることを特徴とする請求項１記載の発振器。
【請求項４】
発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間に、第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列に接続され、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に可変抵抗の一端が接続されていることを特徴とする請求項２記載の発振器。
【請求項５】
電界効果トランジスタがＭＯＳＦＥＴであることを特徴とする請求項１又は３記載の発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発振器に係り、特に、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いることなく、負荷抵抗の変動による周波数ずれを利用して周波数を調整することができる発振器に関する。
【背景技術】
【０００２】
［先行技術の説明：図６］
従来、発振器の出力周波数を電気的に調整するために、発振段にある周波数選択素子に対して直列にバリキャップダイオード等の容量可変素子を挿入し、逆起電力対容量によって周波数を可変させ、調整するものがあった。
【０００３】
従来の発振器の構成について図６を用いて説明する。図６は、従来の発振器の構成例を示す回路図である。
図６に示すように、従来の発振器は、基本的に、発振素子Ｘ１と、発振用トランジスタＱ１と、増幅用トランジスタＱ２と、発振素子Ｘ１の発振周波数を調整するバリキャップダイオードＤ１とを備えている。
【０００４】
発振素子Ｘ１の一端はバリキャップダイオードＤ１のカソードに接続され、他端は、発振用トランジスタＱ１のベースに接続されている。また、バリキャップダイオードＤ１のアノードは接地されている。
【０００５】
発振用トランジスタＱ１のコレクタは、抵抗Ｒ１を介して電源電圧（Ｖｃｃ）に接続されている。
発振用トランジスタＱ１のベースは、直列接続のコンデンサＣ１，Ｃ２を介して接地されている。
また、発振用トランジスタＱ１のエミッタは、コンデンサＣ１とコンデンサＣ２との間の点に接続されると共に、抵抗Ｒ２を介して接地されている。
【０００６】
そして、抵抗Ｒ１と発振用トランジスタＱ１のコレクタとの間の点にコンデンサＣ３の一端が接続され、他端が増幅用トランジスタＱ２のベースに接続されている。
増幅用トランジスタＱ２のコレクタは、コイルＬ１を介して電源電圧が印加されると共に、バッファ１０を介して出力端子に接続されている。
【０００７】
増幅用トランジスタＱ２のエミッタは、並列接続の抵抗Ｒ３とコンデンサＣ４の一端に接続し、抵抗Ｒ３及びコンデンサＣ４の他端は接地されている。
増幅用トランジスタＱ２のベースは、抵抗Ｒ４を介して電源電圧が印加され、更に、抵抗Ｒ５を介して接地されている。
【０００８】
上記構成の従来の発振器においては、バリキャップダイオードＤ１の容量を変えることにより、負荷容量を調整して出力周波数を可変するようになっていた。
【０００９】
［負荷変動］
また、一般的に、発振器の負荷抵抗を変化させると、出力周波数が変動することが知られている。
本来、この負荷変動は無いことが望ましく、その実現のために様々な検討が為されている。
【００１０】
［関連技術］
尚、発振器に関する従来技術としては、特開平１０−３３５９３７号公報「電圧制御水晶発振回路」（日本電波工業株式会社、特許文献１）、特開２００６−０６０７９７号公報「電圧制御型発振器」（松下電器産業株式会社、特許文献２）、特開２００４−０４８６２９号公報「圧電発振器」（東洋通信機株式会社、特許文献３）がある。
【００１１】
特許文献１には、発振回路の負荷容量を変化させて発振周波数を変化させる電圧制御水晶発振回路において、発振素子の出力端子側にダイオード・クランプを介挿して、振幅を制限し、適正な周波数可変幅を得る構成が記載されている。
【００１２】
特許文献２には、発振素子の量単位接続したＭＯＳトランジスタを用いて容量を変化させ、ＭＯＳトランジスタの閾値電圧を独立して制御可能な電圧制御型発振器が記載されている。
【００１３】
特許文献３には、発振用トランジスタのコレクタとエミッタ間をコンデンサで接続することにより逆相の信号により出力が抑圧され、ベース電流が抑圧され、振動子電流を低下させる圧電発振器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−３３５９３７号公報
【特許文献２】特開２００６−０６０７９７号公報
【特許文献３】特開２００４−０４８６２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来の発振器は、バリキャップダイオードを設けることによる挿入損や、バリキャップダイオードの温度特性の影響が、発振器の性能を劣化させてしまうという問題点があった。
【００１６】
尚、特許文献１〜特許文献３には、発振用トランジスタと、増幅用回路との間にＭＯＳＦＥＴを設け、負荷抵抗を変化させることにより出力周波数の調整を行うことは記載されていない。 
【００１７】
本発明は上記実状に鑑みて為されたもので、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いることなく、負荷抵抗の変動による周波数ずれを利用して周波数を調整することができる発振器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、発振素子の一端が発振用トランジスタのベースに接続され、発振素子の他端が接地され、発振用トランジスタのコレクタが、増幅用トランジスタのベースに接続され、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間の点にドレインが接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタを設け、電界効果トランジスタに印加されるゲート制御電圧によって出力周波数の値が調整されることを特徴としている。
【００１９】
また、本発明は、発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、発振素子の一端が発振用トランジスタのベースに接続され、発振素子の他端が接地され、発振用トランジスタのコレクタが、増幅用トランジスタのベースに接続され、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間の点に一端が接続され、他端が接地された可変抵抗を設け、可変抵抗の抵抗値に応じて出力周波数の値が調整されることを特徴としている。
【００２０】
また、本発明は、上記発振器において、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間に、第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列に接続され、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点に電界効果トランジスタのドレインが接続されていることを特徴としている。
【００２１】
また、本発明は、上記発振器において、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間に、第１のコンデンサと第２のコンデンサが直列に接続され、第１のコンデンサと第２のコンデンサとの間の点に可変抵抗の一端が接続されていることを特徴としている。
【００２２】
また、本発明は、上記発振器において、電界効果トランジスタがＭＯＳＦＥＴであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、発振素子の一端が発振用トランジスタのベースに接続され、発振素子の他端が接地され、発振用トランジスタのコレクタが、増幅用トランジスタのベースに接続され、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間の点にドレインが接続され、ソースが接地された電界効果トランジスタを設け、電界効果トランジスタに印加されるゲート制御電圧によって出力周波数の値が調整される発振器としているので、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いずに、電界効果トランジスタのドレイン−ソース間の電流を変化させて負荷抵抗を変化させ、それに応じて出力周波数を可変することができ、出力周波数を所望の値に精度よく調整することができる効果がある。
【００２４】
また、本発明によれば、発振素子と、発振用トランジスタと、増幅用トランジスタとを備えた発振器であって、発振素子の一端が発振用トランジスタのベースに接続され、発振素子の他端が接地され、発振用トランジスタのコレクタが、増幅用トランジスタのベースに接続され、発振用トランジスタのコレクタと増幅用トランジスタのベースとの間の点に一端が接続され、他端が接地された可変抵抗を設け、可変抵抗の抵抗値に応じて出力周波数の値が調整される発振器としているので、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いずに、簡易な構成で負荷抵抗を変化させ、それに応じて出力周波数を可変することができ、出力周波数を所望の値に調整することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る発振器の回路図である。
【図２】本発明の別の実施の形態に係る発振器の回路図である。
【図３】シミュレーション用のモデル回路の回路図である。
【図４】図３のモデル回路において負荷抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させた場合の周波数変動を示す特性図である。
【図５】リニアリティを考慮した場合の負荷抵抗の可変範囲を示す特性図であり、（ａ）は９００〜１４００Ω（オーム）、（ｂ）は１８００〜３０００Ω（オーム）の範囲を示す。
【図６】従来の発振器の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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発振器は、従来、発振素子の接地端子側に設けられていたバリキャップダイオードを設けずに、発振用トランジスタの出力段に電界効果トランジスタ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ；Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を設け、当該電界効果トランジスタのゲート電圧を制御することにより、発振段直後の負荷抵抗を変動させ、それによる周波数ずれを利用して出力周波数を調整することができ、バリキャップダイオードによる特性の劣化を防ぐことができるものである。
【００２７】
［実施の形態に係る発振器の構成：図１］
本発明の実施の形態に係る発振器の構成について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発振器の回路図である。
図１に示すように、実施の形態に係る発振器（本発振器）は、図６に示した従来の発振器と同様に、基本的に、発振素子Ｘ１と、発振用トランジスタＱ１と、増幅用トランジスタＱ２とを備えたコルピッツ型水晶発振器である。発振用トランジスタＱ１及び増幅用トランジスタＱ２としては、ｎｐｎトランジスタを用いている。
また、発振素子としては、水晶振動子、ＳＡＷ共振子、その他の圧電振動子やＭＥＭＳ振動子等がある。
図６と同一の構成部分については同一の符号を付しており、説明は省略する。
【００２８】
本発振器の特徴部分について具体的に説明する。
図１に示すように、本発振器は、図６に示したバリキャップダイオードＤ１は設けられておらず、発振素子Ｘ１の一端は、バリキャップダイオードＤ１を介さずに直接接地されている。
これにより、バリキャップダイオードＤ１に由来する発振器特性を劣化させる要因となる挿入損や温度特性を無くすことができるものである。
【００２９】
更に、本発振器では、抵抗Ｒ１と発振用トランジスタＱ１のコレクタとの間の点に、新たにコンデンサＣ５の一端が接続され、コンデンサＣ５の他端はコンデンサＣ３の一端に接続されている。
そして、コンデンサＣ５とコンデンサＣ３との間の点に、ＭＯＳＦＥＴ２０のドレインが接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ２０のソースは接地され、ゲートにはゲートバイアス（ゲート制御電圧）Ｖｃが印加される。
【００３０】
すなわち、本発振器は、発振用トランジスタＱ１の出力段（増幅用トランジスタＱ２の入力段）に、ＭＯＳＦＥＴ２０を挿入したものである。
ＭＯＳＦＥＴ２０のゲート制御電圧Ｖｃを変化させることにより、ドレイン−ソース間の電流が変化し、増幅用トランジスタＱ２のゲートに印加される電圧が変化する。
【００３１】
つまり、本発振器のＭＯＳＦＥＴ２０は、発振用トランジスタＱ１の出力段と、増幅用トランジスタＱ２の入力段との間の抵抗値を変化させる擬似的な可変抵抗として動作するものである。
そして、本発振器では、発振段直後の負荷抵抗が変化することにより、発振条件が変化して、周波数ずれが発生する。本発振器では、このことを利用して出力周波数を可変させ、所望の値に調整可能とするものである。
【００３２】
具体的には、ゲート制御電圧Ｖｃを上げると、負荷抵抗の値は小さくなり、発振周波数は低くなる。
逆に、ゲート制御電圧Ｖｃを下げると、負荷抵抗の値は大きくなり、発振周波数は高くなる。
ゲート制御電圧Ｖｃは、発振回路とは独立して制御することができるため、出力周波数を精度よく調整することができるものである。
これにより、本発振器では、バリキャップダイオードによる挿入損失及び温度依存性といった特性の劣化を無くし、出力周波数を精度よく調整できるものである。
【００３３】
そして、ゲート制御電圧Ｖｃと出力周波数の変動量の関係を実験等によって予め求めておき、所望の出力周波数が得られるゲート制御電圧Ｖｃを設定することにより、出力周波数を高精度に調整することができるものである。
更に、本発振器では、発振器の動作中であってもゲート制御電圧Ｖｃの調整は可能であるため、動作中において出力周波数の調整を行うこともできるものである。
【００３４】
［別の実施の形態：図２］
次に、本発明の別の実施の形態に係る発振器の構成について図２を用いて説明する。図２は、本発明の別の実施の形態に係る発振器の回路図である。
図２に示すように、別の実施の形態に係る発振器（別の発振器）は、発振用トランジスタＱ１の出力段において、コンデンサＣ５とＣ３の間の点に可変抵抗Ｒ６の一端を接続し、他端を接地した構成である。
図１に示した本発振器と同様に、バリキャップダイオードは設けられていない。
【００３５】
可変抵抗Ｒ６は、発振段の直後における負荷抵抗の値を変化させることにより、発振条件を変えるものである。
これにより、別の発振器では、上述した本発振器に比べると精度は低下するものの、簡易な構成で、バリキャップダイオードを用いずに、発振周波数を変化させて出力周波数を所望の値に調整することができるものである。
【００３６】
［シミュレーション］
次に、本発明に係る発振器についてのシミュレーション結果について説明する。
［モデル回路：図３］
シミュレーションを行ったモデル回路について図３を用いて説明する。図３は、シミュレーション用のモデル回路の回路図である。尚、図３では、図１，２と同様の部分については同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
図３に示すように、モデル回路は、簡単にするために、図１、図２に示した発振器の増幅回路部分を省略し、発振回路部分のみを備え、負荷に抵抗Ｒ１０を挿入した構成としている。発振用トランジスタＱ１としてはｎｐｎトランジスタを用いており、発振用トランジスタＱ１のコレクタに負荷抵抗Ｒ１０を設けている。
【００３７】
また、発振素子Ｘ１の一端に抵抗Ｒ７の一端が接続し、他端に電源電圧が印加されている。
更に、抵抗Ｒ８の一端が抵抗Ｒ７の一端に接続し、抵抗Ｒ８の他端が接地されている。
そして、シミュレーションによって負荷抵抗Ｒ１０の抵抗値を様々に変えた場合の出力周波数を算出した。
【００３８】
［負荷抵抗に対する周波数変動：図４］
負荷抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させた場合の周波数変動について図４を用いて説明する。図４は、図３のモデル回路において負荷抵抗Ｒ１０の抵抗値を変化させた場合の周波数変動を示す特性図である。
図４に示すように、負荷抵抗Ｒ１０の値と周波数変動には正の相関があり、負荷抵抗Ｒ１０の値が大きくなると、周波数も大きくなり、負荷抵抗Ｒ１０の値が小さくなると、周波数は小さくなっている。
本発明の発振器では、これを利用して、負荷抵抗Ｒ１０の値を変化させることにより、出力周波数を変化させるようにしている。
【００３９】
［リニアリティを考慮した場合の負荷抵抗可変範囲：図５］
次に、図４の特性について、リニアリティ（線形性）を考慮した場合の負荷抵抗の可変範囲を図５を用いて説明する。図５は、リニアリティを考慮した場合の負荷抵抗の可変範囲を示す特性図であり、（ａ）は９００〜１４００Ω（オーム）、（ｂ）は１８００〜３０００Ω（オーム）の範囲を示す。
図５（ａ）に示すように、負荷抵抗Ｒ１０の値を９００Ω〜１４００Ωの範囲で変化させた場合、負荷抵抗の値と周波数変動量との間に良好な線形性が得られる。
また、図５（ｂ）に示すように、１８００Ω〜３０００Ωの範囲においても良好な線形性が得られている。
【００４０】
すなわち、負荷抵抗の値が９００〜１４００Ωの範囲又は１８００〜３０００Ωの範囲においては、周波数は負荷抵抗に応じて直線的に変化するため、容易且つ高精度に周波数の調整を行うことができるものである。
【００４１】
一般に、Stratum 3E（第３階層）のクロックとしては、４．６ppm以上の周波数可変範囲が必要とされており、図４、図５の結果から、ＴＣＸＯ（Temperature Compensated Crystal Oscillator；温度補償型水晶発振器）又はＯＣＸＯ（Oven Controlled Crystal Oscillator；恒温槽付水晶発振器）として十分な周波数可変範囲を確保できることがわかる。
【００４２】
［実施の形態の効果］
本発明の実施の形態に係る発振器によれば、バリキャップダイオードを設けず、発振用トランジスタＱ１の出力段にＭＯＳＦＥＴ２０を挿入し、ゲート制御電圧Ｖｃによってソース−ドレイン間の電流を変化させてそれに伴い発振段直後の負荷抵抗値を変化させ、発振条件を変えることにより発振周波数を可変させる構成としているので、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを設けることなく、精度よく出力周波数を調整することができる効果がある。
【００４３】
また、本発明の別の実施の形態に係る発振器によれば、バリキャップダイオードを設けず、発振用トランジスタＱ１の出力段において、コンデンサＣ５とコンデンサＣ３との間の点に可変抵抗Ｒ６の一端を接続し、他端を接地した構成であり、可変抵抗Ｒ６の抵抗値を変化させることにより、発振段直後の負荷抵抗値を変化させ、発振条件を変えて発振周波数を可変させることができ、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを設けることなく、簡易な構成で出力周波数を調整することができる効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、特性の劣化を招く恐れのあるバリキャップダイオードを用いることなく、負荷抵抗の変動による周波数ずれを利用して周波数を調整することができる発振器に適している。
【符号の説明】
【００４５】
１０...アンプ、  ２０...ＭＯＳＦＥＴ、  Ｘ１...発振素子、  Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ５...コンデンサ、  Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ７，Ｒ８...抵抗、  Ｒ６...可変抵抗、  Ｒ１０...負荷抵抗、  Ｌ１...コイル、  Ｑ１...発振用トランジスタ、  Ｑ２...増幅用トランジスタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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