「夫を成功」へ導く妻の秘訣 座談会

実験の課題がわからなかったので質問させてください。

「コレクタ同調形発振回路で電源電圧変動により発振周波数が変化する理由を答えよ」という課題です。

トランジスタを使用した回路なので、
電源電圧が変化することでトランジスタのバイアスが変化し、トランジスタの動作点が変化するため発振周波数が変化する と考えました。
しかし、私の考えでは理由が漠然としすぎてるような感じがします。
(そもそも、あっているのかさえ不安です…。)
そこでウェブで検索をかけて調べたのですが、詳しく解説をしてくれているサイトを見つけることが出来ませんでしたので質問させていただきました。

どなたかわかりやすく説明をお願いします。
また、いいサイトがあれば教えてください。

A 回答 (1件)

原因はいろいろ考えられますが、コレクタ出力容量が電源電圧によって変わる効果が最も大きいと思います。



資料[1]にコレクタ同調型発振回路の等価回路が出ています。その図5にある↓(電流源)とその右の抵抗がコレクタ-エミッタ間の等価回路になります。この回路の発振周波数は、6ページに出ているように
   f0 = 1/{ 2*π*√( L*C ) }
となります。しかし、図5には書いてありませえんが、実際にはコレクタからトランジスタ内部を見たときの寄生容量 Cc が付加されて
   f0 = 1/[ 2*π*√{ L*( C + Cc ) } ]
になります(Cc が大きいほど f0 が小さくなる)。ただし、コレクタ抵抗が変わっても同調周波数は変わりません(共振のQ値は変わりますが)。

このCc は、資料[2]に出ているコレクタ-ベース間容量 Cob とエミッタ-ベース間容量 Cib の直列合成容量になります。つまり
   Cc = 1/( 1/Cob + 1/Cib )
ですから、Cob や Cib が変動すると Cc も変動することになります。Cib はベース-エミッタ間電圧 Vbe によって変わり、Cob はコレクタ-ベース間電圧 Vcb によって変動します(電圧で静電容量が変わる現象は可変容量ダイオードの原理です)。Vbe や Vcb が電源電圧に対してどれくらい安定しているかは、Shun0531さんの考察通り、バイアス回路に依存しますので一概には言えません。しかし、Vbe や Vcb が変動することで発振周波数が変わる直接的な原因はCob や Cib の変動です。もし、トランジスタのベース-エミッタ間が高周波的にショートになっている場合は Cib = 0 なので、この場合の周波数変動の原因はコレクタ-ベース間電圧 Vcb の変動だけになります。一方、Vbe や Vcb が変動するとトランジスタ内部の等価抵抗も変動しますが、上述したように、それで共振のQ値が変わることはあっても共振周波数は変わりません。

同調回路の C が大きくて C >> Cc ならば、Cc が変わっても周波数の変動は大きくないですが、Ccは数pFでC も同じオーダの容量の場合(数十MHz以上の発振回路)は Cc の変動の影響が大きくなります。蛇足ですが、Vbeの変動を使って音声を周波数変調したのがFMワイヤレスマイクです。
Cob と Cib の電圧依存はトランジスタによって違うので、実際にデータシートを見るしかないですが、一例を資料 [3] に揚げておきます。

[1] コレクタ同調型発振回路の等価回路(図5、5ページ) http://www.info.kanagawa-u.ac.jp/~uchida/HP-uch/ …
[2] Cob とCib(図3-3-15 ) http://okawa-denshi.jp/techdoc/3-3-4TRseiden.htm
[3] Cob とCibの電圧依存の例(Fig.6、2ページ) http://www.rohm.co.jp/products/databook/tr/pdf/2 …
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この回答へのお礼

わかりやすく親切な説明ありがとうございます。
電源電圧の変動により結果的にコレクタ出力容量(寄生容量)が変化することが影響しているとは知りませんでした。
非常に勉強になるサイトも載せて頂きありがとうございました。
また、勉強してみようと思います。、

お礼日時:2008/01/14 13:53

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とくに信号源の出力インピーダンスが大きいときは信号源に流れる電流を減らすため、受ける側の入力インピーダンスを大きくする必要があります。
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次に、#1の補足に対して。
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>出力インピーダンスを下げることになるのではないのでしょうか?
違います。出力インピーダンスとは信号を発生させている元と入力先との間のインピーダンスを意味します。
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これは、何かの勘違いですね。
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非反転増幅で増幅率を1以下にしたい場合は、何らかの方法で信号を減衰させる必要があります。ここで分圧を使うのはあまり好ましいことではないということです。

#1のものです。

ちょっと説明がうまくなかったようです。
ボルテージフォロワを使用するのは、次の段の入力インピーダンスが小さく電流がある程度流れる場合に、信号を元の電圧をそのまま受け渡す際に使用します。
とくに信号源の出力インピーダンスが大きいときは信号源に流れる電流を減らすため、受ける側の入力インピーダンスを大きくする必要があります。
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Q計算値と理論値の誤差について

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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。
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3.Lもインダクタンス誤差は±20%で、
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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。
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1つでもわかる方がいらっしゃいましたらどうか回答よろしくお願いします。

Aベストアンサー

参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
Ic-Vce特性と負荷線の図を見てください。
参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
バイアス電圧を調整して図4の動作点(橙色の点)をVbe特性の中心に設定してやり、その動作点を中心に入力電圧Vbeを変化させてやるとVceとIcが負荷線上で変化して動きます。入力電圧Vbeが増加すると出力電圧Vceが減少し、入力電圧Vbeが減少すると出力電圧Vceが増加します。つまり出力電圧波形の位相は入力電圧の位相が逆になります。つまり、入出力波形の位相が反転することになります。

(2)
入力電圧Vbeが大きくなったとき出力波形が歪んでしまうのは、動作点が負荷線の線形動作範囲の上限に近づくとそれ以上Vceが頭打ちになって、出力電圧波形が飽和してしまいます。言い換えればコレクタ電圧Vceは接地電圧と直流電源電圧Vccの範囲でしか変化できません。その出力電圧波形は入力電圧Vbeが負荷線上の線形増幅範囲だけです。線形増幅範囲を超えるような大振幅の入力Vbeを入力すると出力電圧の波形が飽和して波形の上下が歪んだ(潰れた)波形になります。

お分かりになりましたでしょうか?

参考URL:http://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

参考URLのトランジスター(エミッタ接地)増幅回路について
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参考URL:
ttp://www.kairo-nyumon.com/analog_load.html

(1)
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QCR移相形発振回路について

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

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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


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