精度の良い発振回路を作るには

Question

精度の良い発振回路を作るには
シュミットトリガタイプのインバータ(TC4584)を用いた発振回路から生成した信号(最大500kHz)をカウンタIC(TC4020)で1/256に分周させて周波数表示器に入力しています。
発振回路は http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt13_2.htm　に示してあるのと同様の回路となっており フィードバック抵抗を可変のものにしてパルス幅を変化させることができるようにしてあります。(可変抵抗は100MΩを使用、コンデンサは100pFを使用)
ただ、この回路では高周波領域(100kHz以上)において周波数表示が不安定となります。発振回路においてパルス幅が安定しないため不安定となっていると考えます。コンデンサの値を変化させてみましたがそんなに効果はありませんでした。
分周回路はそのままで発振回路が安定した出力が得られるようにしたいのですがどのようにすればよいでしょうか?ご教示願います。

KEN_2 · Accepted Answer

参照の発振回路では経験的に数十KHz程度が限度で、電源電圧変動や温度変化で数％程度の安定度しか得られません。
高周波になれば帰還抵抗が低くなり過ぎて安定動作しなくなるのです。

百KHz程度であれば「NE555」が動作限界で比較的に簡単な回路で動作します。
http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt5.htm

百KHzを超える周波数ではPLLシンセサイザ発振器を使うしか方法はありません。
ＰＬＬシンセサイザ発振器(3)
http://www.piclist.com/images/www/hobby_elec/ckt15.htm

発振回路の方式で限界がありますので検討してみてください。

xpopo · Answer

発振周波数がドリフトしているようですが、そんなにお金を掛けなくても
比較的簡単にドリフトを小さくする方法があります。

発振周波数を決めているC、Rですが、Cはセラミックコンデンサを使ってるんでは
ありませんか？そして半固定抵抗は炭素皮膜抵抗のものではないでしょうか？

この場合、セラミックコンデンサも炭素皮膜半固定抵抗も温度係数がマイナスの
数百ppmと大きい。しかも両方ともに同じマイナスの温度係数なので、C,Rで決まる
時定数の温度係数はそれぞれの温度係数の足し算になりますので、マイナスの大きな
温度係数になります。その結果、ドリフトが大きくなってしまっていると想定されます。

この場合、電源を入れてからCR時定数は温度が上るため小さくなる方向へドリフト
します。周波数で言えば周波数が大きくなる方向です。

対策としては、CとRの温度係数がそれぞれ極性が反対で、絶対値がほぼ等しい部品を
使えば、お互いに打ち消しあって、温度ドリフトが小さくなります。

半固定抵抗が炭素皮膜の場合は、コンデンサにフィルムコンデンサのマイラーコンデンサ
を使えば、温度ドリフトは非常に小さくなります。この方法が一番簡単で安上がりで
効果的ですので、ぜひ試してみてください。

tadys · Answer

シュミットトリガを使った発振器で高い安定度を求めるのは無理です。

入手が容易でそこそこの安定度を求めるのであればこれが良いです。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01569/

こんなものでも良いです。
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/ds/symlink/cd74hc4046a.pdf
デジキーで購入できます。
http://jp.digikey.com/

正確な周波数が欲しいのであればこんなものも有ります。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-00059/

いずれにしろ、安定した発振を求めるのであれば発振回路の電源は他の回路と分離しておかないといけません。
デカップリング回路やレギュレータなどで安定化する必要が有ります。

KEN_2 · Answer

精度の良い発振回路を作るには

ANo.2 です。
>精度の良い発振回路を作るには
の「精度」に惑わされました。（精度ではなく動作安定度ですね？）
>可変抵抗は100MΩを使用・・・
は100KΩのミスタイプと読み取りました。（1MΩ以上のVRは特注品しかありませんので・・・

>インバータ(TC4584)を用いた・・・
スタンダードCMOSをお使いですが、ハイスピード TC74HC シリーズを使われたら如何ですか？
74HC14を使えば「|IOH| = IOL = 4 mA」ですので、高速動作がのぞめます。
なお、発振器の次段に1段バツファとして空いているゲートを接続ください。
（電流負荷の充放電にドライブ不足が考えられます。）

xpopo · Answer

可変抵抗の値　100MΩ　はめちゃくちゃ大きすぎます。正確な計算は
してませんが概算で必要な抵抗値は　10kから20kΩ　程度のはずです。

この抵抗値を100MΩの可変抵抗で設定するには機械的に殆ど絞りきった
位置に近くなります。可変抵抗器をその抵抗の最小値近くで使うと一般的に
抵抗値は不安定になる。

一方、使用している可変抵抗の回転角度が270度で100MΩならば
回転角度　１度あたり370.4k　も変化します。設定しようとしている
抵抗値は10kから20kΩですがこれらの抵抗値は回転角度で

10(ｋΩ)／370.4(kΩ/度）～　20(kΩ)／370.4(kΩ/度）
　　→　0.027度　～　0.054度

に相当します。これでは抵抗値は機械的に安定しない状態なので不安定に
なります。可変抵抗の使い方がまずいです。抵抗値を安定に設定するためには
30kΩ　程度の可変抵抗を使用すべきです。

inara1 · Answer

「可変抵抗は100MΩを使用、コンデンサは100pFを使用」というのは間違いないですか？

Cupper · Answer

高い周波数を使う場合は放射ノイズや反射ノイズを考慮しましょう。

精度の良い発振回路を作るには

参照の発振回路では経験的に数十KHz程度が限度で、電源電圧変動や温度変化で数％程度の安定度しか得られません。

発振周波数がドリフトしているようですが、そんなにお金を掛けなくても

シュミットトリガを使った発振器で高い安定度を求めるのは無理です。