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超低消費電力マイコン専用の低CL発振子のご紹介

7. 相互コンダクタンスと負荷容量の適正化 ( 2009/10/14 ) 1

　電界効果トランジスタを用いた増幅回路では、電圧増幅率は負荷抵抗の値に比例する性質があります。このときの比例定数を相互コンダクタンスといい、g_mの記号で表します。相互コンダクタンスが大きい増幅素子ほど高い増幅率が得やすくなり、相互コンダクタンスｇ_mは増幅素子の電流制御能力を示す値とも云えます。
　弊社が取り組むテーマは、如何にして『発振性能の確保と相互コンダクタンスの極小な増幅素子の両立』を図るかと言い換える事もできます。

　一般に接合型 FET は、ゲート電圧がドレイン・ソース間電圧よりも低い電圧（V_gs < V_ds)で用いられ、ゲート端子は高インピーダンスでほとんど電流は流れない。したがって、ドレインからソースへ流れる貫通電流 I_dsのみを考察すれば良いことになります。ソース電圧を基準に、ゲート電圧を V_gs、ドレイン電圧を V_dsと表し、I_dsはこれらの関数としてモデル化されてます。
　この関数は、定義域をオーム領域 (線型領域)、飽和領域、ピンチオフ領域という三つの領域に分けられています。飽和領域は主として増幅用途に用いられ、ドレイン電圧によらず一定で、ゲート電圧についてはピッチオフ電圧からみて理想的には２乗の特性を持ち、次式で表されています。

　単純に相互コンダクタンスをｇ_m/２にすると負性抵抗を低下（R_L/2)させることになり都合が悪い。お気付きと思いますが、負荷容量をC_L/√２とすれば、負性抵抗は変わらずに一定な大きさを保つことができます。何故なら、負性抵抗は周波数ｆと負荷容量C_Lを独立にもつ関数R_L(ｆ,C_L)で、それぞれが逆２乗の特性を有するからです。

　固有のg_mnを有する帰還増幅器をOSC_n（n=0,1,2,3,・・・)で表し、
g_mo＝R_L0X(2ωC_L0)²(=24.2μA/V)の記号を用いて、相互コンダクタンスg_mnと負荷容量C_Lnの適正化を行います。但し、R_L0=-870kΩ，C_L0＝12.5pFとする。
　適正な負荷容量C_Lnは式(2)より求められる。式(2)より、各OSC_nの負荷容量範囲を求める便利な変換式(3)を紹介します。結果は表2に示すとおりで、低消費化をご検討されている開発設計者の皆様方には是非ご活用下さい。帰還増幅器OSC₄ の出現が、『低CL発振子』の価値（エコロジー・デバイス）を高める事になるでしょう。

　超低消費電力マイコン（78K0/KC2-L,78K0R/Kx3-Lおよび78K0R/Lx3,R8C/Lxなど）とセットでご使用頂くことで、従来のマイコンの待機電流（5μA)に対して、消費電力約80%削減（１μA以下）が可能となり、待機電力の大幅削減に貢献いたします。電池駆動の電子機器の長寿命化・長時間化やエコロジー製品の省エネルギー化に、是非SIIの低CL発振子をご活用下さい。

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