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2011年12月31日 (土)

水晶発振回路のはなし

水晶発振回路とは
 水晶振動子を利用して安定な発振を行う回路です。
ハード的には
 Xtaloscs_2
 代表的な回路は2種類あります。水晶振動子をトランジスタのコレクタとベースに接続する「ピアースBC回路」は発振しやすいので良く用いられます。しかしながら、水晶振動子の両端とも信号線に繋がっているのでインピーダンスが高く、水晶の切り替えや周波数を可変する VCXOには不向きです。それで、「コルピッツ型」が用いられ、水晶の片方がGNDに接続出来るので、ここをダイオードで切り替えたり、トリマーコンデンサーやバリキャップを入れて周波数調整を可能にしています。
ピアースBC回路は水晶振動子が帰還する位相を変えて、共振周波数付近で発振させますが、コレクタの振幅を多くとった場合、水晶振動子にかかるパワーが大きくなりすぎて不安定になったり、破損したりします。その点コルピッツ型は水晶振動子に負担がかからないので、安心して使用できます。このコルピッツ型の発振条件はベース・エミッタ間のコンデンサーとエミッタ・GND間のコンデンサーの容量が周波数によって異なることです。エミッター・GND間の方が小さい場合が多いですが、周波数が高くなるにつれ小さな容量になります。初期のコルピッツ型ではベース・エミッタ間のコンデンサーが無い場合もありますが、これはトランジスタ自体のベース・エミッタ間容量を利用していると思われますが、温度変化等で発振しにくくなる場合が多いので、最近の回路は比較的大きな値を使っています。
「FET]の場合はコルピッツ型と似ていますが、このベース(ゲート)・エミッタ(ソース)間のコンデンサーがない回路もあります。これはFETがゲートインピーダンスが比較的高いことで、ドレイン電流の変化でゲートまで帰還される仕組みのようです。


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