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2012年10月 2日 (火)

コルピッツはCMOS発振回路?のはなし

コルピッツはCMOS発振回路?とは

Colpits  コルピッツ水晶発振回路は右図のようにトランジスタのベース-GND 間に水晶を接続し、基本的にはコレクタ接地のエミッタフォロァー型の回路なのですが、ベースーエミッタ間の帰還コンデンサーとエミッター-GND間の帰還コンデンサーで発振制御します。出力は基本波発振はエミッターから取り出します。水晶の一方をGND電位に出来るので比較的安定して発振できるのですが、この回路をちょっと見ても水晶で帰還されて発振する回路とはイメージが沸きません。しかしながらちょっと見方を変えると、実はデジタル回路でポピュラーなCMOS インバーター発振回路と同じ動作をしていることが解ります。では順を追って考えてみましょう。
1)まず交流回路のみ考えてみる。
 初めの回路はバイアス回路や電源回路を省いて書いたものです。
 コンデンサーでコレクターが接地されていますので、ここでは高周波的にGNDに落ちているものとして書いてあります。
2)次に出力端子の GND 側とシグナル側を反対にしてみます。
 こうしてエミッターを接地した回路に変更しても、高周波的には問題無く動作するはずです。直流的にはちょっと心配ですが、その点はちょっと置いておきましょう。
3)次に水晶の位置をベースーコレクタに移動して書いてみます。
 もともとそのように繋がっていたので問題無いでしょう。
 コンデンサーと抵抗も移動します。
4)移動したので、今度は解りやすく GNDシンボルで表記し直します。
 おなじみの回路になってきました。どうやら水晶をコレクタ・ベース間に入れるもう1つのピアース B-C 発振回路になってきました。
5) 最後にトランジスターを CMOS インバーターに
 トランジスターの B- C 間はCMNOSゲートでは インバーターという動作になるので、交換してみます。
 そうするとインバーターの入出力に水晶を接続して帰還させ、負荷インピーダンス制御のためのGND間へのコンデンサー2個が接続される、あのおきまりの回路になりましたね。
ソフト的には
 昔は水晶発振だったら、コルピッツ発振回路の方がポピュラーだったのですが、最近は水晶発振といったらマイコンのクロックに使われる方が一般的になって、CMOSインバーターの方がよく見られますね。そんなルーツがわかっているとゲートICが足りないときなど トランジスタ1石でクリスタル発振器が出来ることを思い出してくれると嬉しいですね。
参考図書------------------------------

定本 続トランジスタ回路の設計

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