(57)【要約】【課題】  簡素な構造で、優れたＱ値、およびＣ／Ｎ特性を有し、負荷特性に優れる高周波発振器を構成する。【解決手段】  高周波発振器は、共振回路１０と、該共振回路１０に接続するとともに出力端子ＯＵＴに接続する増幅回路１とを備える。増幅回路１は、ベースが共振回路１０に接続し、コレクタがインダクタＬ１１を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続するとともにコンデンサＣ２を介してグランドに接続することにより高周波的に接地し、エミッタがコンデンサＣ１を介してグランドに接続し、ベース・エミッタ間に帰還用コンデンサＣ３が接続されたｎｐｎ型トランジスタＴｒ１を備える。このトランジスタＴｒ１のエミッタは、エミッタ抵抗Ｒ１、インダクタＬ１を介してグランドに接続するとともに、エミッタ抵抗Ｒ１とのインダクタＬ１との接続点にて出力端子ＯＵＴに接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数で共振する共振回路と、
ベースが前記共振回路に接続されてコレクタが高周波的に接地されるか、またはベースが高周波的に接地されてコレクタが前記共振回路に接続されるトランジスタと、
該トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続される、抵抗素子および前記共振周波数で前記抵抗素子よりも高いインピーダンスとなるインピーダンス回路の直列回路とを備えた高周波発振器において、
前記抵抗素子と前記インピーダンス回路との接続点を発振信号の出力部としたことを特徴とする高周波発振器。
【請求項２】
前記共振回路の一部で前記インピーダンス回路を構成する請求項１に記載の高周波発振器。
【請求項３】
前記抵抗素子と前記インピーダンス回路との接続点にベースが接続された第２のトランジスタを有するバッファ回路を備えた請求項１または請求項２に記載の高周波発振器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定周波数の高周波信号を発振する高周波発振器、特に、所定周波数で共振する共振回路と該共振回路に接続され共振回路から出力される信号を帰還増幅する能動素子とからなる高周波発振器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、高周波発振器の基本構造として、所定の共振周波数を有する共振回路と、該共振回路がベースに接続され、コレクタが接地されたトランジスタとからなるものがあり、このような構造の高周波発振器では、トランジスタのエミッタから所定周波数の高周波信号を出力する。ここで、エミッタはトランジスタを流れる直流電流がグランドに流れ出す端子でもあるので、エミッタと接地との間にはインピーダンス素子が接続されなければならない。そして、このインピーダンス素子として、通常、トランジスタのバイアス条件を設定する抵抗素子が接続されている（以下、この抵抗素子を「エミッタ抵抗」と称す。）。ところが、エミッタと接地との間に接続されるこのエミッタ抵抗は高周波的にトランジスタのエミッタ・コレクタ間のインピーダンスとして機能し、共振回路のＱすなわち発振器のＱを劣化させ、Ｃ／Ｎ特性を劣化させてしまう。
【０００３】
また、エミッタに負荷（後段の回路）を直接接続する構成では、この負荷のインピーダンス、すなわち、エミッタから負荷をみたインピーダンスにより発振器の特性が大きく影響を受けてしまい、負荷特性の悪い高周波発振器が構成されてしまう。
【０００４】
これらの問題を解決する回路として、図５に示すような高周波発振器が考案されている。
【０００５】
図５は、従来の高周波発振器の一例を示す回路図である。なお、この高周波発振器は、後述する特許文献１に記載された高周波発振器と略同じ構成であるため、詳細な説明は省略する。
図５に示す高周波発振器は、共振回路１０と該共振回路１０にベースが接続されたトランジスタＴｒ1 を含む増幅回路１と、トランジスタＴｒ１のエミッタにベースが接続されたトランジスタＴｒ２を含むバッファ回路２とからなり、バッファ回路２のトランジスタＴｒ２のコレクタから高周波信号が出力される。また、増幅回路１のトランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１と、共振回路１０の共振周波数でエミッタ抵抗Ｒ１よりも高いインピーダンスを有するインダクタＬ１とを介してグランドに接続されている。
このような構造とすることで、共振周波数で増幅回路１のトランジスタＴｒ１のエミッタ側のインピーダンスが非常に高くなって発振器のＱが劣化せず、良好なＣ／Ｎ特性が得られる。また、増幅回路１０と後段の負荷との間のバッファ回路２により、後段の負荷による増幅回路１のエミッタへの影響が抑制されて発振器の特性変化が抑制される。
【０００６】
さらに、この高周波発振器のＣ／Ｎ特性をさらに向上するため、エミッタ抵抗Ｒ１に直列接続するインダクタにキャパシタを並列接続した高周波発振器が特許文献１にて開示されている。
【特許文献１】特開平８−１４８９３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、図５に示した高周波発振器や、特許文献１に記載された高周波発振器は、確かに、発振器のＱが向上され、Ｃ／Ｎ特性が向上されているが、バッファ回路を用いるため、回路構成素子が増加して、消費電力が増加するとともに、小型化には適していない。
【０００８】
また、図５に示す高周波発振器や特許文献１に記載された高周波発振器のようにバッファ回路を用いたとしても、後段の負荷の影響を完全には除去できない。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、基本構造の高周波発振器から殆ど回路素子を増加することなく、簡素な構造で、優れたＱ値、およびＣ／Ｎ特性を有し、負荷特性に優れる高周波発振器を構成することにある。
また、この発明の目的は、バッファ回路を用いた場合に、後段の負荷に影響されることをより一層抑制し、さらに負荷特性に優れる高周波発振器を構成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、所定周波数で共振する共振回路と、ベースが共振回路に接続されてコレクタが高周波的に接地されるか、またはベースが高周波的に接地されてコレクタが共振回路に接続されるトランジスタと、該トランジスタのエミッタとグランドとの間に接続される、抵抗素子および共振周波数で抵抗素子よりも高いインピーダンスとなるインピーダンス回路の直列回路とを備えた高周波発振器において、抵抗素子とインピーダンス回路との接続点をトランジスタで増幅された信号の出力部とすることを特徴としている。
【００１１】
この構成では、出力部に後段の負荷が接続された場合に、エミッタから出力部側を見たインピーダンスにエミッタに接続された抵抗素子のインピーダンスが含まれるため、この抵抗素子がアッテネータとして機能して、この分、出力部に接続される負荷によるエミッタから見た出力部側のインピーダンスの変動が小さくなる。すなわち、エミッタに接続された抵抗素子とインピーダンス回路との間をトランジスタで増幅された信号の出力部とすることで、回路を追加することなく負荷特性が改善される。
【００１２】
また、この発明は、共振回路の一部でインピーダンス回路を構成することを特徴としている。
【００１３】
この構成では、エミッタにインピーダンス回路を共振回路の一部で兼用することで、回路素子が省略される。
【００１４】
また、この発明は、抵抗素子とインピーダンス回路との接続点にベースが接続された第２のトランジスタを有するバッファ回路を備えたことを特徴としている。
【００１５】
この構成では、共振回路に直接接続するトランジスタのエミッタに抵抗素子、バッファ回路を介して外部回路が接続されるため、バッファ回路と抵抗素子とにより後段の負荷によるエミッタに接続されるインピーダンスの変化がより一層抑制されて、負荷特性がさらに改善される。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、共振回路に接続するトランジスタのエミッタとグランドとの間に抵抗素子とインピーダンス回路とを接続して、これら抵抗素子とインピーダンス回路との接続点をトランジスタで増幅された信号の出力部とすることで、非常に簡素な構造でありながら、高いＱ値、および高いＣ／Ｎ特性を有し、且つ、優れた負荷特性を有する高周波発振器を構成することができる。
【００１７】
また、この発明によれば、共振回路の一部で前記インピーダンス回路を兼用することで、さらに回路が簡素化され、前述の効果を有する高周波発振器をより一層小型に構成することができる。
【００１８】
また、この発明によれば、共振回路に接続するトランジスタのエミッタに抵抗素子とバッファ回路とを介して後段の外部回路が接続されることで、より一層負荷特性に優れる高周波発振器を構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の第１の実施形態に係る高周波発振器について、図１を参照して説明する。なお、本実施形態では、高周波発振器として、電圧制御発振器を例に説明する。
図１は本実施形態の電圧制御発振器の回路図である。
図１に示すように、本実施形態の電圧制御発振器は、コントロール電圧入力端子ＶｃにインダクタＬ０を介して接続する共振回路１０と、該共振回路１０にカップリングコンデンサＣ２０を介して接続し、駆動電圧入力端子ＶｂにインダクタＬ１１を介して接続し、外部出力端子ＯＵＴにカップリングコンデンサＣ３０を介して接続する増幅回路１とを備える。ここで、外部出力端子ＯＵＴが本発明の「発振信号の出力部」に相当する。
【００２０】
この電圧制御発振器は、具体的には次に回路構成からなる。
コントロール電圧入力端子Ｖｃは、インダクタＬ０を介して、共振回路１０のコンデンサＣ１１に接続しており、コンデンサＣ１１はカップリングコンデンサＣ２０を介して増幅回路１のｎｐｎ型トランジスタ（以下、単に「トランジスタ」と称す）Ｔｒ１のベースに接続している。ここで、コントロール電圧入力端子ＶｃはコンデンサＣ０を介して高周波的に接地している。
コンデンサＣ１１とインダクタＬ０との接続点にはバラクタダイオードＶＤのカソードを接続し、このバラクタダイオードＶＤのアノードをグランドに接続している。コンデンサＣ１１とカップリングコンデンサＣ２０との接続点には、インダクタＬ１０とコンデンサＣ１０とからなる並列回路の一方端が接続し、この並列回路の他方端がグランドに接続している。ここで、バラクタダイオードＶＤ、コンデンサＣ１１、および並列回路のインダクタＬ１０とコンデンサＣ１０により共振回路１０を構成している。
【００２１】
トランジスタＴｒ１のベースはバイアス抵抗Ｒ１１を介して接地するとともに、バイアス抵抗Ｒ１２を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続している。トランジスタＴｒ１のコレクタは、インダクタＬ１１を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続するとともに、コンデンサＣ２を介して高周波的に接地している。トランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１との直列回路を介してグランドに接続するとともに、コンデンサＣ１を介してグランドに接続することによってグランドに接続している。ここで、インダクタＬ１は、前記共振回路１０の共振周波数において、そのインピーダンスがエミッタ抵抗Ｒ１のインピーダンスよりも大きくなるように設定されており、このインダクタＬ１が本発明の「インピーダンス回路」に相当する。また、トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間には、帰還用コンデンサＣ３が接続している。これら、トランジスタＴｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、エミッタ抵抗Ｒ１，バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２、インダクタＬ１により増幅回路１を構成している。
【００２２】
そして、エミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１との接続点は、カップリングコンデンサＣ３０を介して出力端子ＯＵＴに接続している。
【００２３】
このような電圧制御発振器では、コントロール電圧入力端子から所定の電圧が印加されると、バラクタダイオードＶＤがこの印加電圧に応じたキャパシタンスのコンデンサとして機能する。これにより、共振回路１０はこのバラクタダイオードのキャパシタンス、コンデンサＣ１０、Ｃ１１のキャパシタンス、インダクタＬ１０のインダクタンスに基づく共振周波数を有する。
【００２４】
トランジスタＴｒ１のベースには、駆動電圧信号入力端子Ｖｂからバイアス抵抗Ｒ１２を介して、バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の分圧比に応じたベースバイアス電流が供給され、コレクタ・エミッタ間にはエミッタ抵抗Ｒ１に応じた駆動電流が供給されて、トランジスタＴｒ１が駆動する。これにより、トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣ１と帰還用コンデンサＣ３と共振回路１０とから構成されるコルピッツ発振回路により共振回路１０の共振周波数の高周波信号を発振して出力端子ＯＵＴから出力する。
【００２５】
ここで、このような電圧制御発振器の共振回路のＱ値およびＣ／Ｎ特性は増幅回路１のトランジスタＴｒ１のエミッタに接続するインピーダンスに依存するが、本実施形態の構成では、エミッタにエミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１とが接続され、インダクタＬ１のインピーダンスが共振回路１０の共振周波数で十分に大きくなるように設定されているので、高いＱ値を有し、高いＣ／Ｎ特性を得ることができる。
【００２６】
さらに、トランジスタＴｒ１のエミッタにエミッタ抵抗Ｒ１を介して出力端子ＯＵＴが接続されているので、この出力端子ＯＵＴに接続される後段回路の負荷が変動しても、エミッタ抵抗Ｒ１がアッテネータとして機能するので、出力端子ＯＵＴに接続される負荷によるインピーダンスの変動が抑制される。すなわち、負荷特性に優れる電圧制御発振器を構成することができる。
【００２７】
また、このように、本実施形態の構成では、従来技術に示したようなバッファ回路を設けなくても優れた負荷特性を得ることができるので、電圧制御発振器を小型化、省電力化することができる。
【００２８】
なお、本実施形態では、共振回路１０を増幅回路１のトランジスタＴｒ１のベースに接続し、コレクタを接地した発振器について説明したが、共振回路が増幅回路のトランジスタのコレクタに接続し、ベースを接地した発振器についても、エミッタ側に前述の回路構成を用いることで、前述の効果を奏することができる。
【００２９】
次に、第２の実施形態に係る電圧制御発振器について、図２を参照して説明する。
【００３０】
図２は本実施形態の電圧制御発振器の回路図である。
図２に示す電圧制御発振器は、エミッタ抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ３０との接続点が共振回路１０のインダクタＬ１０の途中点に接続したものであり、他の構成は図１に示した電圧制御発振器と同じである。この構成では、インダクタＬ１０は、共振回路１０においてはインダクタＬ１０としてそのまま機能し、増幅回路１においては、インダクタＬ１０のグランド側の一部であるインダクタＬ１０ｂがインピーダンス素子として機能する。すなわち、トランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１、インダクタＬ１０ｂを介してグランドに接続している。ここで、インダクタＬ１０ｂが共振回路１０の共振周波数においてエミッタ抵抗Ｒ１のインピーダンスよりも十分大きなインピーダンスに設定されていることで、前述の第１の実施形態と同じ効果、すなわち、高いＱ値を有し、優れたＣ／Ｎ特性を有する電圧制御発振器を形成することができる。さらには、共振回路１０を構成するインダクタＬ１０で増幅回路１のエミッタ抵抗Ｒ１に接続するインダクタを兼用することで、電圧制御発振器をより一層小型化することができる。なお、本実施形態では、インダクタＬ１０ｂが本発明の「インピーダンス回路」に相当する。
【００３１】
次に、第３の実施形態に係る電圧制御発振器について図３を参照して説明する。
図３は本実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。
図３に示すように、本実施形態の電圧制御発振器は、コントロール電圧入力端子ＶｃにインダクタＬ０を介して接続する共振回路１０と、該共振回路１０にカップリングコンデンサＣ２０を介して接続する増幅回路１と、増幅回路１のエミッタにカップリングコンデンサＣ２１を介して接続し、インダクタＬ１１を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続し、カップリングコンデンサＣ２２を介して第２出力端子ＯＵＴ２に接続するバッファ回路２とを備える。
【００３２】
この電圧制御発振器は、具体的には次に回路構成からなる。
コントロール電圧入力端子Ｖｃは、インダクタＬ０を介して、共振回路１０のコンデンサＣ１１に接続しており、コンデンサＣ１１はカップリングコンデンサＣ２０を介して増幅回路１のｎｐｎ型トランジスタ（以下、単に「トランジスタ」と称す）Ｔｒ１のベースに接続している。ここで、コントロール電圧入力端子ＶｃはコンデンサＣ０を介してグランドに接続することにより高周波的に接地している。
コンデンサＣ１１とインダクタＬ０との接続点にはバラクタダイオードＶＤのカソードを接続し、このバラクタダイオードＶＤのアノードをグランドに接続している。コンデンサＣ１１とカップリングコンデンサＣ２０との接続点には、インダクタＬ１０とコンデンサＣ１０とからなる並列回路の一方端が接続し、この並列回路の他方端がグランドに接続している。ここで、バラクタダイオードＶＤ、コンデンサＣ１１、および並列回路のインダクタＬ１０とコンデンサＣ１０により共振回路１０を構成している。
【００３３】
トランジスタＴｒ１のベースはバイアス抵抗Ｒ１１を介して接地するとともに、バイアス抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続している。トランジスタＴｒ１のコレクタは、後述するバッファ回路２のトランジスタＴｒ２のエミッタに接続するとともに、コンデンサＣ２を介してグランドに接続することにより高周波的に接地している。トランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１との直列回路を介してグランドに接続するとともに、コンデンサＣ１を介してグランドに接続している。ここで、インダクタＬ１は、前記共振回路１０の共振周波数において、そのインピーダンスがエミッタ抵抗Ｒ１のインピーダンスよりも大きくなるように設定されており、このインダクタＬ１が本発明の「インピーダンス回路」に相当する。また、トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間には、帰還用コンデンサＣ３が接続している。これら、トランジスタＴｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ３、エミッタ抵抗Ｒ１，バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３、インダクタＬ１により増幅回路１を構成している。
【００３４】
エミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１との接続点、すなわち増幅回路１の出力部（本発明の「発振信号の出力部」に相当）は、カップリングコンデンサＣ２１を介してトランジスタＴｒ２のベースに接続している。トランジスタＴｒ２のベースは、バイアス抵抗Ｒ１３を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続するとともに、バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を介して接地している。トランジスタＴｒ２のコレクタは、インダクタＬ１１を介して駆動電圧入力端子Ｖｂに接続するとともに、コンデンサＣ４を介してグランドに接続し、且つ、カップリングコンデンサＣ２２を介して第２出力端子ＯＵＴ２に接続している。これら、トランジスタＴｒ２、コンデンサＣ４、バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１３によりバッファ回路２を構成している。
【００３５】
このように、本実施形態（図３）に示す電圧制御発振器は、第１の実施形態（図１）に示したトランジスタＴｒ１のエミッタに接続するエミッタ抵抗Ｒ１とインダクタＬ１との接続点にバッファ回路２を介して第２出力端子ＯＵＴ２が接続した構成に相当する。
【００３６】
このような電圧制御発振器では、コントロール電圧入力端子Ｖｃから所定の電圧が印加されると、バラクタダイオードＶＤがこの印加電圧に応じたキャパシタンスのコンデンサとして機能する。これにより、共振回路１０はこのバラクタダイオードのキャパシタンス、コンデンサＣ１０、Ｃ１１のキャパシタンス、インダクタＬ１０のインダクタンスに基づく共振周波数を有する。
【００３７】
トランジスタＴｒ１のベースには、駆動電圧信号入力端子Ｖｂからバイアス抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を介して、バイアス抵抗Ｒ１１と、バイアス抵抗Ｒ１２，Ｒ１３の直列回路との分圧比に応じたベースバイアス電流が供給され、コレクタ・エミッタ間にはエミッタ抵抗Ｒ１に応じた駆動電流が供給されて、トランジスタＴｒ１が駆動する。これにより、トランジスタＴｒ１と、コンデンサＣ１と帰還用コンデンサＣ３と共振回路１０とから構成されるコルピッツ発振回路により共振回路１０の共振周波数の高周波信号を発振してトランジスタＴｒ１のエミッタから出力する。トランジスタＴｒ１のエミッタから出力された信号は、トランジスタＴｒ２のベースに入力される。トランジスタＴｒ２は、バイアス抵抗Ｒ１１，Ｒ１２の直列回路と、バイアス抵抗Ｒ１３との分圧比に応じたベースバイアス電流により駆動し、入力された高周波信号を増幅する。増幅された高周波信号は、トランジスタＴｒ２のコレクタに接続された第２出力端子ＯＵＴ２を介して後段の回路に出力される。
【００３８】
このような構成とすることで、第１の実施形態に示した電圧制御発振器と同様に、高いＱ値を有し、優れたＣ／Ｎ特性を有する電圧制御発振器を構成することができる。さらに、増幅回路１のトランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１、バッファ回路２のトランジスタＴｒ２のベース・コレクタ間を介して後段の回路の負荷に接続されているので、エミッタ抵抗Ｒ１とバッファ回路２のトランジスタＴｒ２とがアッテネータとして機能し、エミッタ抵抗Ｒ１単独の場合よりもさらに負荷変動の影響を抑制することができる。すなわち、より一層負荷特性に優れる電圧制御発振器を形成することができる。
【００３９】
次に、第４の実施形態に係る電圧制御発振器について図４を参照して説明する。
図４は本実施形態に係る電圧制御発振器の回路図である。
【００４０】
図４に示す電圧制御発振器は、エミッタ抵抗Ｒ１とカップリングコンデンサＣ２１との接続点が共振回路１０のインダクタＬ１０の途中点に接続したものであり、他の構成は図３に示した電圧制御発振器と同じである。この構成では、インダクタＬ１０は、共振回路１０においてはインダクタＬ１０としてそのまま機能し、増幅回路１においては、インダクタＬ１０のグランド側の一部であるインダクタＬ１０ｂがインピーダンス素子として機能する。すなわち、トランジスタＴｒ１のエミッタはエミッタ抵抗Ｒ１、インダクタＬ１０ｂを介してグランドに接続している。ここで、インダクタＬ１０ｂが共振回路１０の共振周波数においてエミッタ抵抗Ｒ１のインピーダンスよりも十分大きなインピーダンスに設定されていることで、前述の第３の実施形態と同じ効果、すなわち、高いＱ値を有し、優れたＣ／Ｎ特性を有する電圧制御発振器を形成することができる。さらには、共振回路１０を構成するインダクタＬ１０で増幅回路１のエミッタ抵抗Ｒ１に接続するインダクタを兼用することで、電圧制御発振器を小型化することができる。なお、本実施形態では、インダクタＬ１０ｂが本発明の「インピーダンス回路」に相当する。
【００４１】
なお、前述の各実施形態では、電圧制御発振器を例に説明を行ったが、共振回路とこれに接続するトランジスタを備えた増幅回路とからなる高周波発振器であれば、前述の構成を適用でき、前述の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】第１の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図
【図２】第２の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図
【図３】第３の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図
【図４】第４の実施形態に係る電圧制御発振器の回路図
【図５】従来の電圧制御発振器の回路図
【符号の説明】
【００４３】
１−増幅回路
２−バッファ回路
１０−共振回路
【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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