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トランジスタのCR発振の原理について説明が出来る方、おおまかでもよろしいのでお願いします。

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A 回答 (3件)

No.2のymmasayanです。

補足です。
移相回路で180度遅らせると書きましたが、参考URLの場合は180度進ませるです。
(移相回路がCRの接続の仕方で2種類あります)
進みでも遅れでも180度で反転ですので結局は同じことなのですが。
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この回答へのお礼

参考になりました。補足までしていただいてありがとうございます。

お礼日時:2001/11/09 17:19

CR発振器には移相型とブリッジ型がありますがよく使われるのは移相型です。


参考URLをご覧ください。
反転増幅回路とCRによる移相回路の組み合わせで180度+180度=360度(つまり0度:同相)となって発振します。
移相回路1段では90度以下のずれですので段数を重ねて180度ずらします。
ところで、遅れる位相は周波数によって変わります。
そのため、移相回路で丁度180度遅れる周波数のみが選択的に強く増幅され、発振を継続します。
電源を入れた時のノイズの中から目的周波数のみが拾い上げられ、
段々強くなって、最後に安定な発振となります。

CR発振でなぜ正弦波の発振になるかという質問に以前、答えています。
若干専門的ですがよろしければご覧ください。
(URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=132108

参考URL:http://isweb3.infoseek.co.jp/computer/kase/exp01 …
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  はっきり覚えていないのですが、CRはコンデンサと抵抗の回路で、これだけだと、LC回路と違い発振は起こらないのですが、トランジスタを入れると、回路に電流がコンデンサの蓄電効果で流れた時、この電流がベースに加わるようにすると、流れた電流が増幅され、更にそれがベースに加わりと、前進的に電流は増えて行きます。しかし、ベースにもう一つ別のCR回路を加えて置くと、ある電流を超えると、ベースに入る電流が、この回路を通じて流れ出し、結果、ベースの電流が減ります。すると、トランジスタの増幅は止まり、電流の量は減って行きます。そしてゼロになると、Cが入っていますから、反対の方向に蓄電が行われ、マイナスの電流となり、これが増幅され、やがて減衰しという繰り返しとなるので、発振が生じ、維持されるのです。
 
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この回答へのお礼

回答、本当にありがとうございます。レポートの期限にまにあいそうです。

お礼日時:2001/11/09 17:24

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Q移相形CR発振回路について教えてください。

移相形CR発振回路についてできれば詳しく教えてください。

Aベストアンサー

以前にこの欄で同様の質問に答えた事があります。
読んで見てください。わかりにくければ補足下さい。

参考URL:http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=165460

Q発振回路の『正弦波』出力について

 とても困っているので質問させていただきます。
 RC発振回路を作成して低周波正弦波を出力させる、というものなのですが、『なぜ正弦波が出力されるのか』が分かりません。

 RC発振回路を載せているいくつかの本やWebサイトに当たった所、発振の振幅条件や発振周波数決定の周波数条件については書かれており理解できたのですが、肝心の『なぜ正弦波出力になるのか』が分かりません。
 例えば回路に電源を入れた際の過渡現象などによるゆらぎが、発振に成長すると思うんですが、そのゆらぎがどう変化して正弦波に整えられるのか、その過程が知りたいのです(参考書などではいきなり正弦波グラフが描かれてたりして、それについて全く解答が無い)。
 なお、実際には当方は、増幅器にはトランジスタを用いた反転増幅器、位相器にはCRハイパスフィルタ3段で180度位相を変える進相型を用いています。

 詳細な式や文献、Webサイト、論文等でも良いですので、教えていただければ幸いです。

Aベストアンサー

高調波とフーリエ級数について学習されると、nobuchomさんの疑問はおのずと解けるものと思います。

まず高調波ですが、周波数fの振動(正弦波)に対し、周波数2f、3f、4f・・・の振動(これまた正弦波)を高調波と呼びます。周波数が整数倍でないものは高調波と呼びません。

正弦波以外でも、周期が1/fである振動は全て基本波(周波数fの正弦波)と高調波の重ね合わせで表現できます。
例えばパルス波は
sin(2πft)+1/3・sin(6πft)+1/5・sin(10πft)+・・・+1/(2n+1)・sin((2n+1)πft)・・・
なる無限級数で表されます(フーリエ級数)。
第1項のみ取れば正弦波になります。第2項目以降はすべて高調波です。
世の中の振動・発振には完璧な正弦波というものはなく、パルス波に限らず必ず僅かの高調波を含んでいます。

ymmasayanさんの回答にもありますように移相器あるいは同調回路を通して帰還すると、基本波の成分のみが高調波の成分よりはるかに強く出てきます。仮に発振回路に最初にパルス波を放り込んだところで、高調波成分はすぐに減衰してしまい基本波だけが生き残るのです。

なお基本波しか帰還しなくても増幅回路の非線形性により高調波は自然と出力に現れます。増幅器の非線形性を強めにして故意に高調波を発生させ、それを同調回路でよりわけて取り出す「オーバートーン」という方法もよく使われています。(この場合も、帰還させるのは基本波のみです)

高調波とフーリエ級数について学習されると、nobuchomさんの疑問はおのずと解けるものと思います。

まず高調波ですが、周波数fの振動(正弦波)に対し、周波数2f、3f、4f・・・の振動(これまた正弦波)を高調波と呼びます。周波数が整数倍でないものは高調波と呼びません。

正弦波以外でも、周期が1/fである振動は全て基本波(周波数fの正弦波)と高調波の重ね合わせで表現できます。
例えばパルス波は
sin(2πft)+1/3・sin(6πft)+1/5・sin(10πft)+・・・+1/(2n+1)・sin((2n+1)πft)・・・
なる無限級数で表され...続きを読む

QCR発振回路の周波数の決め方

現在CR発振回路を製作し、ある周波数で発振させた時の動作を記録しレポートとしてまとめようと取り組んでいるところです。

そこで疑問になったのが周波数の決め方なのですが
書物やサイトで調べたところいろいろな求め方を見ることができました。
回路が違うので求め方も変わるとは思うのですが、素人の私では何が正しいか分からなかった為質問させて頂いたところです。
今回見つける事が出来た回路や式を載せてみたいと思います。
回路はAAで書くので見づらくなりますが雰囲気をつかんでいただければと思います。

その1

  IC1   C    Rp    IC2
┌--|>○---||-----□---|>○--┐
|           |            |
|            □R        |
|           |           |
└---------------------------┘

|>○:IC1,IC2はインバータのつもりです。74HC04を使用予定としています。
||:Cはコンデンサです。
□:R,Rpは抵抗です。RpはIC保護用でCRの値には関係ないみたいです。
縦に入っている抵抗は、CとRpの間から繋がっています。

この回路の式は
f=1/(2.2*C*R)
でした。

その2
  Rt
┌---□----┐
| IC1    |     IC2 
|--|>○---------|>○--┐
| Ct                 |
└--||-------------------┘

|>○:IC1,IC2はインバータのつもりです。74HC04を使用予定としています。
||:Ctはコンデンサです。
□:Rtは抵抗です。
この回路の式は
T=-Ct*Rt(ln*(Vth/(Vdd+Vth))+ln((Vdd-Vth)/(2Vdd+Vth)))
です。

どちらもCR発振回路のようなのですが求め方が違いました。
どちらも合っているとは思うのですが、幾ら調べても類似したものが見つけることが出来なくて少々不安になっています。

その1は以下のサイトより
http://www.hobby-elec.org/ckt29.htm

その2は
トランジスタ技術SPECIAL,No.90,2005SPRING

からです。
どちらでも大丈夫?または類似した内容が記載されている書物やサイトを教えていただけないでしょうか。
疑っていたら学習は進まないのはわかりますが、間違った知識は学びたくなかったのです。
ぜひご回答よろしくお願いします。

現在CR発振回路を製作し、ある周波数で発振させた時の動作を記録しレポートとしてまとめようと取り組んでいるところです。

そこで疑問になったのが周波数の決め方なのですが
書物やサイトで調べたところいろいろな求め方を見ることができました。
回路が違うので求め方も変わるとは思うのですが、素人の私では何が正しいか分からなかった為質問させて頂いたところです。
今回見つける事が出来た回路や式を載せてみたいと思います。
回路はAAで書くので見づらくなりますが雰囲気をつかんでいただければと思...続きを読む

Aベストアンサー

2番目の回路の発振周期の式は以下が正しいのでは?
   T = Ct*Rt*ln{ ( Vdd + Vth )*( 2*Vdd - Vth )/Vth/( Vdd - Vth ) } --- (1)
普通、Vth ≒ Vdd/2 なので
   T ≒ Ct*Rt*ln(9) ≒ 2.2*Ct*Rt
となります [1]。どうして式(1)になるのかは計算できますがそこまで知りたいですか?

2番目の回路の場合、IC1の入力に、電源電圧を越える電圧が過渡的にかかるので、以下のように保護抵抗 Rp (10kΩ~100kΩ)を入れたほうがいいです。

 ┌───┬─ Ct ─┐
 Rp    Rt      │
 └┤>○┴┤>○-┴─ _ ̄_
   IC1    IC2

他にも、シュミット入力のインバータ(HC14)を1個使った発振回路 [2] もあります。発振回路については過去の質問 [3] の回答が参考になると思います。

[1] 矩形波発振器(2) http://www.hobby-elec.org/ckt29.htm
[2] 矩形波発振器(1) http://www.hobby-elec.org/ckt13.htm
[3] 発振回路、RC積分回路 http://sanwa.okwave.jp/qa3486230.html

2番目の回路の発振周期の式は以下が正しいのでは?
   T = Ct*Rt*ln{ ( Vdd + Vth )*( 2*Vdd - Vth )/Vth/( Vdd - Vth ) } --- (1)
普通、Vth ≒ Vdd/2 なので
   T ≒ Ct*Rt*ln(9) ≒ 2.2*Ct*Rt
となります [1]。どうして式(1)になるのかは計算できますがそこまで知りたいですか?

2番目の回路の場合、IC1の入力に、電源電圧を越える電圧が過渡的にかかるので、以下のように保護抵抗 Rp (10kΩ~100kΩ)を入れたほうがいいです。

 ┌───┬─ Ct ─┐
 Rp    Rt      │
 └┤>○┴┤>○-┴─ ...続きを読む

Q正弦波発振回路、それぞれの特徴

LC発振、CR発振、水晶発振のそれぞれの特徴や動作を教えてください。

Aベストアンサー

          長所               短所
水晶発振  周波数が格段に安定   任意に周波数を変えることが難しい
CR発振  比較的、精度・安定度が良い   高い周波数は困難
      計算値と合わせることが可能   (数十MHzくらいまで)
    (CR素子は精度の良いものが入手可能)
LC発振  高い周波数が得意     精度・安定度は悪い

基本的に、周波数可変の高周波を狙うなら、LC発振しかない。
先ずLC発振で原発振を手に入れ、何らかの方法で(PLLなど)で周波数の安定を図る。

Q位相型発振回路とブリッジ型発振回路の発振条件

位相型発振回路とブリッジ型発振回路の発振条件が分からなくて困ってます。 
知っている方がいたら教えてください

Aベストアンサー

位相が回ってゲインが1以上で発信するわけですが、詳しくは以下のページをご覧下さい。
http://www.rlc.gr.jp/project/e_circuit/analog/opamp/wien_bridge/genri/genri.htm
http://www.madlabo.com/mad/edat/DipMeter/oscgenri.htm

QCR移相形発振回路について

回路図
http://radio.s56.xrea.com/radio/src/radio0039.jpg

発振周波数の式や増幅度が29倍以上必要といったことは分かったのですが、
なぜR1>>Rである必要があるのでしょうか?
また、R3はオフセット電圧を調整するためR1とR2の並列合成抵抗値を選ぶとあるのですが、
なぜ並列合成抵抗値となるのでしょうか?

Aベストアンサー

> なぜR1>>Rである必要があるのでしょうか?

 3段のCR移相回路の3段目のRとR1は交流的に見ると並列に接続されています。(R1のアンプの入力側は交流的には0電位)この為3段目の移相回路の抵抗はR1とRの並列になってしまいます。だからR1>>Rという条件が必要です。
 3段目の移相回路の抵抗をこの並列抵抗になる事を見越して抵抗値を選ぶならR1>>Rという条件は必要ありません。

> R3はオフセット電圧を調整するためR1とR2の並列合成抵抗値を選ぶとあるのですが

 オペアンプの入力には微小なオフセット電流が流れています。この電流が入力に挿入した抵抗に電圧を発生させてしまいます。という事は入力端子間にオフセット電圧を発生させてしまいます。オフセット電流は反転、非反転の各入力でほぼ同じ値になる為、挿入する抵抗の値を同じにすると、このオフセット電圧を小さくする事が出来ます。
 この為にオフセット電圧を小さくするには、アンプの入力の直流インピーダンス(抵抗)を揃えてやれば良いのです。つまりR1>>RなのでR3≒R1//Rとなります。

> なぜR1>>Rである必要があるのでしょうか?

 3段のCR移相回路の3段目のRとR1は交流的に見ると並列に接続されています。(R1のアンプの入力側は交流的には0電位)この為3段目の移相回路の抵抗はR1とRの並列になってしまいます。だからR1>>Rという条件が必要です。
 3段目の移相回路の抵抗をこの並列抵抗になる事を見越して抵抗値を選ぶならR1>>Rという条件は必要ありません。

> R3はオフセット電圧を調整するためR1とR2の並列合成抵抗値を選ぶとあるのですが

 オペアンプの入力には微小なオフセット電...続きを読む

Q発振回路、RC積分回路

周期Tを周波数fとRC積分回路のコンデンサCと抵抗Rで求めたいんですけど公式がわかりません…
教えてください!!

Aベストアンサー

こちらの資料が計算の過程まで書いてあってわかりやすいんじゃないかな.
http://www.tzwrd.co.jp/technology/denshi/hasshin.pdf

Q移相型CR発振回路とウィーンブリッチ発振回路の違い

それぞれの仕組み(発振する仕組み)の違いは、反転回路を使うか、と非反転を使うかの違いで、
帰還率も違えば、周波数条件式も発振条件式も違うことはしらべてわかったのですが、
これらは今の生活で何に使われているんでしょうか?

テレビやラジオ、スピーカーにマイクなどに発振回路が使われているのは想像がつくのですが、
それぞれ「これを使うなら~型」と言うように、発振回路の型の違いによって使われる用途は変わってくるのでしょうか?
教えて下さい!!

Aベストアンサー

 昔のオーディオ帯の測定器には、ウイーンブリッジ発振回路を使用した信号発生器がありました。しかし周波数や振幅の正確さなどを追求するとなかなか難しい点があり、また時代がデジタルの方向に変わって来た事もあって、積分回路で三角波を作り、それを折れ線近似で正弦波に変えるタイプのファンクションジェネレータが主流になりました。
 
 現在、移相型やウイーンブリッジ型の発振回路がどこに使われているか、いろいろ考えてみたのですが、思い付きません。直接正弦波を発生する発振器としては、コルピッツ回路やハートレー回路がありますが、これらは高周波用です。低周波の発振で必要とされるのは、ほとんどがデジタル回路用の矩形波です。
 身の回りの正弦波と言うと、時報の音や電話の話中音(ツーツーという音)がありますが、これらも大抵はデジタル的に合成された音です。モデム用ICの中にも、上記話中音を発生するためのPCM回路が内蔵されていたりします。
 従って、個人的な感覚としては、あまり使われていないと思うのですが、それでもこれらの回路の勉強をしなくても良いと思っている訳ではありません。もしかしたら将来、100GHz帯の新しい発振器が開発され、それを等価回路で表したら、移相型やウイーンブリッジ型発振回路と同じだったりするかも知れませんしね。
 
 「移相型とウイーンブリッジ型の違い」という御質問には、記憶によみがえるものがあります。以下かなり個人的な思い出話になりますが、ご容赦下さい。
 
 中学生のときに、移相型CR発振器を自作したことがあります。2連の可変抵抗器を使って周波数を変化できる簡易測定器です。当時ウイーンブリッジ発振回路というものがあることも本で読んで知ってはいたのですが、抵抗とコンデンサをあのようにつないでどうして周波数が決まるのか理解できず、一方で移相型は、CRによる位相遅延回路を3段つなぐのだから、ちょうど180度位相が遅れる周波数で発振するのだという、きわめて私には分かりやすい理屈だったこともあり、移相型で作ることにしました。
 移相型の場合、本来は3連可変抵抗器が必要なのですが、2連のものしか無かったので、1段は固定にしました。全体で180度遅れれば良い訳です。
 また、発振の振幅安定化のために、普通はサーミスタを使用するのですが、田舎の中学生には入手方法がわからず、100V5Wの電球で代用しました。(サーミスタは電流を流すと発熱して抵抗が小さくなります。電球は電流を流すと発熱して抵抗が大きくなります。従って負帰還回路に入れる位置は逆になります)
 そのようにして完成した発振器ですが、いざ動作させてみると、周波数を変えるたびに、振幅がビョンビョンと変化します。周波数を速く変化させると、一旦発振が停止し、おもむろにボヨーンという感じで発振を始めたりします。いろいろ帰還量を調整しても直らず、「たぶんサーミスタでなく電球を使ったのが良くないのだ」と、原因を電球のせいにしてしまいました。
 
 発振条件式について理解されている質問者さんなら、この原因についてはもうお分かりかも知れませんね。ウイーンブリッジ回路の場合、発振条件式には周波数の項は含まれませんが、移相型の場合はもろに周波数の項が含まれます。つまり周波数を変えるたびに、ループゲインが1という状態からずれるので、電球は一生懸命追従しようとしていたのですが、なにぶん熱の時定数による遅れがあり、振幅がとんでもなく変化していたわけです。
 何年かたって、ようやくそのことに気付いた私は、押し入れから発振器を取り出して、ウイーンブリッジ型に改造しました。同じ発振器とは思えないほど、安定な振幅で発振しました。
 
 この経験で私は、「何事も最初はものまねから始る。しかし理屈をちゃんと理解しないと、一人前にはなれないな」と身にしみて思った次第です。

 昔のオーディオ帯の測定器には、ウイーンブリッジ発振回路を使用した信号発生器がありました。しかし周波数や振幅の正確さなどを追求するとなかなか難しい点があり、また時代がデジタルの方向に変わって来た事もあって、積分回路で三角波を作り、それを折れ線近似で正弦波に変えるタイプのファンクションジェネレータが主流になりました。
 
 現在、移相型やウイーンブリッジ型の発振回路がどこに使われているか、いろいろ考えてみたのですが、思い付きません。直接正弦波を発生する発振器としては、コルピ...続きを読む

QLC発振回路の発振周波数が理論値と実験値で合わない!!

本日LとCを使った発振回路を作ったのですが,オシロスコープで測定した発振周波数と,計算で求めた理論値とを比較してみると30%程のずれがあります.これはどのような原因が考えられるのでしょうか?

Aベストアンサー

理論式ではアンプ内のLやC成分は勿論、コイルを純粋誘導性リアクタンスと見るし、又コンデンサーを純粋な容量性リアクタンスと考えるでしょう?

でも実際はコイルは線間に静電容量が有りますし、コンデンサーにもリード線や電極に誘導性リアクタンス成分が有ります。
アンプの内部にも両リアクタンスや抵抗成分、又アンプの入力側と出力側の間の静電容量が有ります。

結局それらが複雑に絡み合い単純計算では求められません。しかしこれは理論では説明できないと言うことでは有りません。仮に各種パラメーターを考慮すれば正確に求められるでしょうけど問題の趣旨と離れるので話を簡単にしたのでは有りませんか。

Q計算値と理論値の誤差について

交流回路の実験をする前に、ある回路のインピーダンスZ(理論値)を計算で求めたあと、実験をしたあとの測定値を利用して、同じ所のインピーダンスZ(計算値)を求めると理論値と計算値の間で誤差が生じました。
そこでふと思ったのですが、なぜ理論値と計算値の間で誤差が生じるのでしょうか?また、その誤差を無くすことはできるのでしょうか? できるのなら、その方法を教えてください。
あと、その誤差が原因で何か困る事はあるのでしょうか?
教えてください。

Aベストアンサー

LCRのカタログ値に内部損失や許容誤差がありますが、この誤差は
1.Rの抵抗値は±5%、±10%、±20% があり、高精度は±1%、±2%もあります。
2.Cの容量誤差は±20% 、+50%・ー20% などがあり
3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
3.C・Rは理想的なC・Rでは無く、CにL分、Lに抵抗分の損失に繋がる成分があります。
これらの損失に繋がる成分は、試験周波数が高くなると、周波数依存で増大します。
また、周囲温度やLCRの素子自身で発生する自己発熱で特性が変化します。
測定器や測定系にも誤差が発生する要因もあります。
理論値に対する測定値が±5%程度発生するのは常で、実際に問題にならないように、
LCRの配分を工夫すると誤差やバラツキを少なく出来ます。
 


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