22章:方形波発振回路

    作成2014.01.31
     マルチバイブレータ回路で方形波を発振します。

  1. ウィーンブリッジ基本回路
    (1)評価回路
     方形波を発振するマルチバイブレータ回路を図22-1に示します。


     マルチバイブレータ回路は図22-2に示すヒステリスコンパレータとCRの充電・放電回路で構成されます。

     図22-2において、Vb > Vaの時、

     図22-2において、Vb < Vaの時、

     基準電圧Vbが変化することにより、ヒステリシスが発生することになります。また、Voutが正のとき、コンデンサは充電され、Voutが負のとき放電されます。
     CRの充電・放電回路の充電状況により、比較電圧Vaが変化します。比較電圧VaがVbminより小さくなりと充電が開始され、VaがVbmaxより大きくなると放電が開始されます。
     充電・放電が周期的にくりかえされることにより、方形波を発振します。
     
     CR回路の充電・放電時間を与える式は「3章:コンデンサ容量測定」のコンデンサCの両端の電圧Vcを与える(3.7)式となります。

     ただし、マルチバイブレータ回路では±Voであるため、(3.7)式は以下のようになります。

    充電開始時間t1は(22.1)式、(22.2)式、(22.3)式から

    同様に放電開始時間t2は

    この回路では、充電時間と放電時間は同じであり、周期Tは

    (22.5)式に(22.4)式と(22.5)式を代入して整理すると

    従って、発振周波数fは

    となります。


  2. 簡易オシロによる電圧変化測定結果
     図22-1のマルチバイブレータ回路の出力波形を簡易オシロで観察した結果を図22-3に示します。

     図21-3の出力電圧変化において
    ・波形振幅:±4.9V
    ・発振周期:9ms(充電4.2ms、放電4.8ms)
    ・周波数f:111.1Hz
    となり、計算値113.7Hzと近い値となる。


  3. 結果の検討
    (1)マルチバイブレータ回路により、方形波出力波形を得ることができる。
    (2)周波数は計算値113.7Hzに対して実測値111.1Hzと近い値となる。
    (3)理論的には、充電時間と放電時間は一致するはずであるが、実測値では充電時間と放電時間は差が生じる。
    (4)簡易オシロは測定間隔の制限から、500Hz以上の高周波波形の観察は適さない。
    (5)マルチバイブレータ回路は500Hz以下の低周波方形波形を得ることができる。
    (6)簡易オシロの測定可能電圧範囲が0〜5Vであり、オペアンプ出力範囲±6Vをカバーできない。
    (7)簡易オシロの測定可能電圧範囲が0〜5Vに収めるため、抵抗分圧を行う必要がある。









23章:反転増幅回路に行く。

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