PSPICEによる発振回路におけるシミュレーションの設定に関して

[質問]PSPICEにおける発振回路のシミュレーションをやる際の設定の
詳細に関して教えてください。

[概要]
ウィーンブリッジ系の発振回路を以下の図のように設計しました。
PSPICEにてシミュレーターで、実際に所望の周波数を得られるかを
確かめようとしたのですが、発振していません。

ネットで調べたところ発振回路は特別な設定をしなければ、PSPICE
ではシミュレーションをできないと書いてあり、その設定(具体的にはコンデンサーに蓄えられた電荷の初期値を与えるなど）を試して
みたのですが、設定の仕方などがわからずうまくいきませんでした。
詳細な設定方法が書いてあるウェブページ、もしくはご存知の方がいましたら、詳細な設定方法そのものを教えていただけるとありがたいです。使っているシミュレーションはOrCad PSPICEシミュレーターで試用版を使用しています。

よろしくお願いします。

No.4 回答者： inara1 回答日時： 2010/02/27 18:03

＞√{ (R2/R1)^2 + 4*(R2/R1) + 4 }とはならないと思いますが

済みません計算間違いでした。C1 = C2 のときの中心周波数での利得は R1/(2R1+R2) が正解です。

No.3 回答者： anachrockt 回答日時： 2010/02/27 16:11

回路図でOUTからIN+（図では-と誤表記）までのCRバンドパスフィルタの伝達関数T(s)は，

T(s)=sC2R1/{C1C2R1R2s^2+(C1R1+C2R1+C2R2)s+1}
です．
ここからQは
Q=1/{√(C1R1/C2R2)+√(C2R1/C1R2)+√(C2R2/C1R1)}
です．これを大きくするようにしましょうね．
中心すなわち発振角周波数ω0は
ω0=1/√(C1C2R1R2)
です．
このとき
T(ω0)=R1/(2R1+R2)
でこれの逆数が損失ですから，損失がANo.2のように
√{ (R2/R1)^2 + 4*(R2/R1) + 4 }
とはならないと思いますが，小生は計算間違いが多いんで自信がありません．

ところで，初心者が100kHz以上の安定な発振器を作るのは難しいですよ．
回路形式としては，ブリッジドT（ザルツァー）型がお勧めです．
なぜブリッジドT型が高周波まで発振可能か寄生インピーダンスやオペアンプの周波数特性を入れて検討し理解できれば，100kHz以上の安定な発振器もできるでしょう．

No.2 回答者： inara1 回答日時： 2010/02/24 21:36

この回路は、回路シミュレータの初期条件以前の問題として、以下の理由で発振しません。

　　（１）　オペアンプの反転入力（-）と非反転入力（+）が逆になっている（これでは正帰還にならない）
　　（２）　ANo.1さんご指摘のように、バンドパスフィルタの損失が大きすぎて発振条件（アンプの利得 > フィルタの損失）を満足しない

普通は R1 = R2、C1 = C2 としますが、その場合は、バンドパスフィルタの中心周波数でのフィルタの損失は 3 （=1/フィルタの利得）なので、アンプの利得 > 3 が発振条件です。C1 = C2 で、R1 ≠ R2 の場合のフィルタの損失は
　　　√{ (R2/R1)^2 + 4*(R2/R1) + 4 }
となります。R2/R1 = 40kΩ/200Ω = 200 だと、フィルタの損失は 3 よりはるかに大きくなってしまいます。したがって、ご質問の回路では（ （１）を直したとしても ）、アンプの利得が不足しています。

R1 = R2 = R、C1 = C2 = C とした場合のウィーンブリッジ発振回路の発振条件は参考URLが参考になるかと思います。

C1 = C2 = 100pF、R1 = 200Ω、R2 = 40kΩ のとき、バンドパスフィルタの中心周波数は 796kHz となりますが、その周波数で発振させるのが目的でしょうか。その場合、オペアンプの利得帯域幅積 >> アンプの利得*発振周波数 となるようなオペアンプを使う必要があります（利得帯域幅積が1MHz程度の汎用オペアンプでは796kHzでの発振は難しいです）。

回路シミュレータで使っているオペアンプのSPICEモデルの入力オフセット電圧がゼロになっていなければ、全てのノードの初期電圧を設定しなくとも発振します（入力オフセット電圧がゼロでなければオペアンプの出力電圧が0でなくなるため）。ただし、アンプの利得が発振条件ぎりぎりだと、出力信号の振幅がなかなか大きくなりません。ご質問の回路は、振幅制限回路がないので、最終的には、出力信号の振幅はオペアンプの最大出力電圧になります（波形も矩形波に近くなります）。そのような波形を早く見たいのであれば、アンプの利得を 3 より大きく（5など）にしてシミュレーションすると良いです。

参考URL：http://www.rlc.gr.jp/project/e_circuit/analog/op …

No.1 回答者： anachrockt 回答日時： 2010/02/24 16:45

ウィーンブリッジ発振回路については，

この本「PSpiceによるOPアンプ回路設計」の「第7章　発振回路の設計」の後半に載っています．
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/36/36331.htm
きちんと振幅制御回路も入れてシミュレーションしています．
起動方法は，コンデンサ電荷に初期値を与えることで行っています．

ところで，図示の回路は振幅制御回路以前の問題として，C1,C2,R1,R2の値が変です．
C1,C2,R1,R2はCRバンドパス・フィルタを構成していて，できるだけQを高く設定するのが定石です．
とはいっても，Rの損失からQは0.5未満ですが．
C1=C2,R1=R2のよく見かけるウィーンブリッジでQ≒1/3です．
R2>>R1ではQが低すぎて動作しないんじゃないでしょうか？
ウェブページ云々よりも，伝達関数を書いて基本的に検討することを勧めます．