JPH06196974A - 発振回路および発振周波数調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】発振周波数を安定的に調整することができ、小
型化の可能な発振回路を提供する。 【構成】コンデンサＣの充電および放電によって発振周
波数が決定されるマルチバイブレータ１において、コン
デンサＣに発振周波数調整用の可変抵抗ＶＲを並列に接
続した。 【効果】コンデンサＣの充放電に要する時間を制御でき
るので、発振周波数を調整することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンデンサの充電およ
び放電に要する時間によって発振周波数が決定される発
振回路に関し、さらにこのような発振回路の発振周波数
を調整する発振周波数調整方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、たとえばSignetics 19
87 Linear Data Manual vol.1:Communicationsには、Ｎ
Ｅ５６４という形式の半導体集積回路（以下、「半導体
ＩＣ」という。）１０１を用いた発振器が示されてい
る。この発振器は、図６のような構成になっており、半
導体ＩＣ１０１に発振周波数を決定するコンデンサＣ１
が接続され、そのコンデンサＣ１に並列に可変コンデン
サＶＣが接続されている。この構成では、可変コンデン
サＶＣの容量を調整することにより、発振周波数を調整
することができる。

【０００３】図７は従来の発振回路の他の構成例を示す
電気回路図である（稲葉 保著「発振回路完全マスタ
ー」日本放送出版協会参照）。この発振回路は３つのＣ
−ＭＯＳインバータ１０２，１０３，１０４と、発振周
波数を決定するコンデンサＣとを有しており、コンデン
サＣには直列に抵抗Ｒおよび可変抵抗ＶＲが接続されて
いる。この構成では、コンデンサＣに流入する電流を抵
抗Ｒおよび可変抵抗ＶＲで調整して、発振周波数が調整
される。

【０００４】一方、発振周波数の調整を可変抵抗を用い
ることなく行うために、トリミングという技術がある。
これは、半導体集積回路や混成厚膜集積回路などにすで
に実装または構成されている抵抗体を研磨粉やレーザを
用いて削り、所定の抵抗値を得るものである。前者の研
磨粉を用いるトリミングをサンドブラスト法、後者のレ
ーザを用いるトリミングをレーザトリミングという。抵
抗体の抵抗値は抵抗体の長さに比例し、その幅と膜厚と
に反比例する。すでに実装または構成されている抵抗体
の膜厚を変えることは困難なため、上記のトリミング技
術では、幅を狭くしたり長さを長くしたりして、所定の
抵抗値を得ている。これらトリミング技術は方法によっ
て差異はあるが、一般的に高精度で所定の抵抗値が得ら
れる。そして、その結果、発振回路の発振周波数を調整
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の図６の構成で
は、発振周波数の調整のために、可変コンデンサを用い
ている。ところが、この可変コンデンサは部品コストが
高く、しかも実装形態が大型化するという欠点があっ
た。さらに、可変コンデンサを用いた場合は、発振周波
数の安定度が悪化するという欠点もあった。

【０００６】また、上述の図７の構成では、発振周波数
決定用のコンデンサに直列に抵抗を接続し、抵抗により
コンデンサへの充放電電流を加減することにより発振周
波数の調整を行っている。ところが、この回路では、Ｉ
Ｃ化により抵抗がＩＣ内に組み込まれていると調整がで
きなくなるという欠点がある。特に、コンデンサに直列
に接続される抵抗はＩＣ化になじみやすく、ＩＣ内部に
設けられることが多い。なお、ＩＣ化された抵抗体をト
リミングして発振周波数の調整を行うことは非常に困難
である。

【０００７】そこで、本発明の目的は、上述の技術的課
題を解決し、発振周波数を安定性よく所望の値に調整す
ることができ、しかも小型化を図りやすい発振回路およ
び発振周波数調整方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の請求項１記載の発振回路は、コンデンサを備え、上記
コンデンサの充電および放電に要する時間で発振周波数
が決定される発振回路であって、上記コンデンサに並列
に接続された発振周波数調整用の抵抗を含むことを特徴
とするものである。

【０００９】また、請求項２記載の発振周波数調整方法
は、コンデンサの充電および放電に要する時間で発振周
波数が決定される発振回路の発振周波数を調整する方法
において、上記コンデンサに並列に抵抗を接続し、上記
抵抗の抵抗値を変化させることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【作用】上記の構成によれば、発振周波数を決定するコ
ンデンサに発振周波数調整用の抵抗が並列に接続され
る。そうすると、電流の一部が抵抗に流れることになる
ので、コンデンサの充電電流および放電電流は抵抗の抵
抗値に対応して変化する。すなわち、充電および放電に
要する時間が変化する。このため、発振周波数を調整す
ることができる。また、抵抗の抵抗値を適当に変化させ
れば、所望の値に発振周波数を調整することができる。

【００１１】

【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例の無
安定マルチバイブレータの電気回路図を示す。図１の無
安定マルチバイブレータ１の特徴は、発振周波数を決め
るコンデンサＣに並列に可変抵抗ＶＲが接続されている
ことである。この並列接続された可変抵抗ＶＲによって
発振周波数を調整することができる。

【００１２】より詳しく構成を説明すると、２つのトラ
ンジスタＴｒ１，Ｔｒ２が対称に接続されており、トラ
ンジスタＴｒ１，Ｔｒ２のコレクタにはそれぞれ抵抗Ｒ
_L が接続されている。そして、抵抗Ｒ_L を介してトラン
ジスタＴｒ１，Ｔｒ２には電源電圧＋Ｖｃｃが印加され
ている。トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のエミッタにはそ
れぞれ抵抗Ｒ_C が接続されている。トランジスタＴｒ１
のベースはトランジスタＴｒ２のコレクタに接続されて
おり、トランジスタＴｒ２のベースはトランジスタＴｒ
１のコレクタに接続されている。また、トランジスタＴ
ｒ１，Ｔｒ２のエミッタ間はコンデンサＣで接続されて
おり、このコンデンサＣには可変抵抗ＶＲが並列に接続
されている。

【００１３】図２は、図１に示す無安定マルチバイブレ
ータの各部の電圧波形を示す波形図である。図２(a) は
トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧Ｖｅ１の波形、図２
(b)はトランジスタＴｒ２のエミッタ電圧Ｖｅ２の波
形、図２(c) はトランジスタＴｒ１のコレクタ電圧Ｖｃ
１の波形、図２(d) はトランジスタＴｒ２のコレクタ電
圧Ｖｃ２の波形、図２(e) は出力電圧Ｖｏの波形を表し
ている。以下では、図１および図２を参照しつつ、無安
定マルチバイブレータの動作を説明する。

【００１４】通電初期において、回路が不安定な状態に
あるとき、仮にトランジスタＴｒ１がＯＮであるとする
と（図２のイ）、トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧Ｖ
ｅ１は、Ｖｅ１＝Ｖｃｃ−Ｒ_L Ｉ_ONで表される。ただ
し、Ｉ_ONはトランジスタＴｒ１がＯＮのときのコレクタ
電流である。このエミッタ電圧Ｖｅ１は、トランジスタ
Ｔｒ１がＯＮ状態の間、一定に保たれている。

【００１５】トランジスタＴｒ１がＯＮであるとトラン
ジスタＴｒ１の内部抵抗はほぼ零なので、トランジスタ
Ｔｒ１のコレクタ電圧Ｖｃ１はほぼエミッタ電圧Ｖｅ１
に等しい。したがって、トランジスタＴｒ１のコレクタ
電圧Ｖｃ１は、Ｖｃ１≒Ｖｅ１＝Ｖｃｃ−Ｒ_L Ｉ_ONで表
される。トランジスタＴｒ２のベースはトランジスタＴ
ｒ１のコレクタと接続されているので、トランジスタＴ
ｒ２のベース電圧Ｖｂ２はトランジスタＴｒ１のコレク
タ電圧Ｖｃ１と等しい。したがって、トランジスタＴｒ
２のベース電圧Ｖｂ２は、Ｖｂ２＝Ｖｃ１≒Ｖｃｃ−Ｒ
_L Ｉ_ONで表される。

【００１６】また、トランジスタＴｒ２のエミッタ電圧
Ｖｅ２は、トランジスタＴｒ１のエミッタ電圧Ｖｅ１
に、コンデンサＣの両極間の電位差Ｖ_cap を加えた電圧
となる。すなわち、Ｖｅ２＝Ｖｅ１＋Ｖ_cap ＝Ｖｃｃ−
Ｒ_L Ｉ_ON＋Ｖ_cap で表される。したがって、Ｖｂ２≒Ｖ
ｃｃ−Ｒ_L Ｉ_ONおよびＶｅ２＝Ｖｃｃ−Ｒ_L Ｉ_ON＋Ｖ_ca
p からトランジスタＴｒ２のベース・エミッタ間の電位
差Ｖｂｅ２は、Ｖｂｅ２＝Ｖｂ２−Ｖｅ２≒−Ｖ_cap と
表される。この式から、トランジスタＴｒ２のベース・
エミッタ間の電位差Ｖｂｅ２は負であるので、トランジ
スタＴｒ２はＯＦＦ状態にあることがわかる。

【００１７】このようにトランジスタＴｒ１がＯＮでト
ランジスタＴｒ２がＯＦＦのとき、コンデンサＣは矢印
Ａ方向から充電される。このため、図２のイからロまで
の間、トランジスタＴｒ２のエミッタ電圧Ｖｅ２は除々
に低下する。これにより、トランジスタＴｒ２のベース
・エミッタ間の電位差Ｖｂｅ２は増大し、やがてベース
・エミッタ間のスイッチング電圧Ｖｓｗを越える。この
結果、トランジスタＴｒ２はＯＮに転じる（この動作
は、図２のロでの状態に相当する。）。

【００１８】トランジスタＴｒ２がＯＮに転じるとトラ
ンジスタＴｒ２に電流が流れこむので、コレクタ電圧Ｖ
ｃ２は低下し、Ｖｃ２≒Ｖｃｃ−Ｒ_L Ｉ_ONとなる。但
し、Ｉ _ONはトランジスタＴｒ２がＯＮのときのコレクタ
電流である。また、トランジスタＴｒ１のベース・エミ
ッタ間の電位差Ｖｂｅ１は、Ｖｂｅ１＝Ｖｃ１−Ｖｅ１
≒−Ｖ_cap となるから、負になる。このため、トランジ
スタＴｒ１がＯＦＦに転じる。このとき、コンデンサＣ
は矢印Ｂの方向から充電され始める。そして、出力電圧
Ｖｏは、図２(e) のように負側の一定値である。

【００１９】トランジスタＴｒ１がＯＦＦ、トランジス
タＴｒ２がＯＮのときは、図２のロ〜ハに表されるよう
に、各部の電圧波形が変化する。すなわち、トランジス
タＴｒ１のエミッタ電圧Ｖｅ１はスイッチング電圧Ｖｓ
ｗを越えるまで下降し、コレクタ電圧Ｖｃ１は一定に推
移する。また、トランジスタＴｒ２のエミッタ電圧Ｖｅ
２およびコレクタ電圧Ｖｃ２は、一定に推移する。この
ときの出力電圧Ｖｏは、正側の一定値である。

【００２０】その後、これらの動作がそれぞれ繰り返さ
れる。すなわち、無安定マルチバイブレータ１において
は、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２が交互にＯＮ／ＯＦＦ
しながら、出力が正／負に反転を繰り返す発振動作が行
われる。以上説明したように、本実施例の無安定マルチ
バイブレータは、一対のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２に
よってコンデンサＣの充電方向を交互に切り換えること
で動作している。

【００２１】次に、理論的な面からの考察をする。コン
デンサＣの両電極電圧、すなわちトランジスタＴｒ１，
Ｔｒ２のエミッタ電圧Ｖｅ１，Ｖｅ２は、図２(a) ，
(b) のように変化している。すなわち、コンデンサＣの
電極が接続されている側のトランジスタがＯＮ状態のと
き、電極電圧は一定電圧Ｖeon であり、トランジスタが
ＯＦＦに転ずると、このときコンデンサが有している電
荷分の電位差Ｖst分上昇する。そして、接続されている
トランジスタがＯＦＦに転じるまで、すなわちコンデン
サの電位差Ｖstがベース・エミッタ間のスイッチング電
圧Ｖstを越えるまで漸減する。この漸減過程を式で表す
と、ＯＦＦ状態のトランジスタ側のコンデンサの電極電
位ｖ(t) は、次式(1) で表される。

【００２２】

【数１】

【００２３】これを解き、初期条件ｔ＝０、ｖ(t) ＝Ｖ
eon ＋Ｖstを考慮すると、

【００２４】

【数２】

【００２５】と表せる。また、発振周期Ｔとすると、ｔ
＝Ｔ／２のときｖ(t) ＝Ｖeon −Ｖstであるから、発振
周波数ｆ＝１／Ｔの関係から、

【００２６】

【数３】

【００２７】と表せる。次に、本発明を適用し、コンデ
ンサＣに可変抵抗ＲＶを並列接続した回路では、同様に
して以下の関係が成り立つ。ただし、Ｒv は可変抵抗Ｒ
Ｖの抵抗値を表す。

【００２８】

【数４】

【００２９】これを解き、ｔ＝０のとき、ｖ(t) ＝Ｖeo
n ＋Ｖstという初期条件より、

【００３０】

【数５】

【００３１】となる。また、ｔ＝Ｔ／２のときには、ｖ
(t) ＝Ｖeon −Ｖstであるから、

【００３２】

【数６】

【００３３】という式を得る。この式から発振周波数は
可変抵抗ＲＶの抵抗値Ｒv の関数で表され、抵抗によっ
ても発振周波数は調整可能であることがわかる。図３
は、上記無安定マルチバイブレータ１の可変抵抗ＶＲの
抵抗値Ｒv と発振周波数ｆとの対応関係を示すグラフで
ある。横軸は可変抵抗ＶＲの抵抗値の自然対数を採り、
縦軸は発振周波数ｆ[kHz] を採っている。また、「＋」
点は本件出願人が実際に測定したサンプル値を表し、実
線は上で求めた式(6) で求められた計算値を表してい
る。

【００３４】この図より、実測値と理論値とが一致して
いることがわかる。ところで、抵抗値が比較的低い場合
（対数抵抗値が約２．２〜３．０）、発振周波数ｆは急
激に変化する。ところが、抵抗値が高い領域では（対数
抵抗値が約３．０以上）、発振周波数ｆの変化が少な
い。したがって、図において抵抗値の変化に対して発振
周波数ｆの変化が少ない範囲Ｑ１で発振周波数ｆの調整
を行えば、発振周波数ｆの微調整が行える。

【００３５】図４は、本発明の他の実施例の発振回路の
電気回路図である。この発振回路１００は従来技術の項
で説明したＮＥ５６４という形式の半導体ＩＣ１０１を
用いたもので、図１の実施例で説明した発振回路と基本
的に同じ回路を有している。なお、図１の抵抗Ｒ_L ，Ｒ
_C に対応する抵抗は半導体ＩＣ１０１に内蔵されてい
る。

【００３６】図４の発振回路の特徴は、発振周波数ｆを
決定するコンデンサＣ１に可変抵抗ＶＲが並列に接続さ
れている点である。この可変抵抗ＶＲの抵抗値を変化さ
せることで、発振周波数ｆの調整ができる。図５は、上
記発振回路１００の可変抵抗ＶＲの抵抗値Ｒv と発振周
波数ｆとの対応関係を示すグラフである。横軸は可変抵
抗ＶＲの抵抗値Ｒv の自然対数を採り、縦軸は発振周波
数ｆ[MHz] を採っている。また、「＋」点は本件出願人
が実際に測定したサンプル値を表し、実線は回路シミュ
レーションの結果を表している。この図でも、実測値と
シミュレーション結果とがほぼ同じような形で変化して
おり、コンデンサＣ１に並列接続した可変抵抗ＶＲによ
り発振周波数ｆを調整できることがわかる。

【００３７】本発明に係る実施例の説明は以上のとおり
であるが、本発明は上述の実施例に限定されるものでは
ない。上述の実施例では、発振回路として無安定マルチ
バイブレータ１を例にとって説明したが、本発明は、発
振周波数がコンデンサの充電および放電によって決定さ
れるようなすべての発振回路に広く適用することができ
る。

【００３８】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことは可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、発振周波
数を決定するコンデンサに発振周波数調整用の抵抗が並
列に接続されているので、コンデンサの充電電流および
放電電流を制御できる。このため、コンデンサの充電お
よび放電に要する時間を制御することができるので、発
振周波数を調整することができる。

【００４０】また、本発明では抵抗を用いているので、
従来技術と比べて回路の構成を小型化することができ、
回路の設計の自由度を増やすことができる。さらに、本
発明では、発振周波数調整用に抵抗を用いているので、
たとえば厚膜抵抗をトリミングする方法を用いることが
でき、発振周波数を高精度に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の無安定マルチバイブレータ
の構成を示す電気回路図である。

【図２】上記無安定マルチバイブレータの各部の電圧波
形を示す波形図である。

【図３】上記無安定マルチバイブレータの発振周波数と
抵抗との関係に関し、サンプル値と計算値とを示したグ
ラフである。

【図４】本発明の他の実施例の発振回路の構成を示す電
気回路図である。

【図５】上記他の実施例の発振回路における発振周波数
と抵抗との関係のサンプル値とシミュレーション結果と
を示したグラフである。

【図６】従来の発振回路の構成例を示す電気回路図であ
る。

【図７】従来の発振回路の他の構成例を示す電気回路図
である。

【符号の説明】

Ｃ コンデンサ ＶＲ 可変抵抗器

【手続補正書】

【提出日】平成５年２月５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンデンサを備え、上記コンデンサの充電
   および放電に要する時間で発振周波数が決定される発振
   回路において、 上記コンデンサに並列に接続された発振周波数調整用の
   抵抗を含むことを特徴とする発振回路。
2. 【請求項２】コンデンサの充電および放電に要する時間
   で発振周波数が決定される発振回路の発振周波数を調整
   する方法において、 上記コンデンサに並列に抵抗を接続し、上記抵抗の抵抗
   値を変化させることを特徴とする発振周波数調整方法。