デジスコ撮影実習日誌

デジスコとデジカメで野鳥や草花を撮影するのが楽しくて実習に励んでいます。 最近では電子工作にはまっています。

ウィーンブリッジ発振回路 ダイオードの役目は?

2023年08月18日 19時20分41秒 | 工作実習

2023・08・18(金曜日) 晴れ

 「基本的な回路」で組んだウィーンブリッジ発振器は発振波形(強度?)の
調整が微妙できれいな正弦波に近づけて行くと発振停止してしまう。
 そこで参考書(OPアンプ回路の設計)に掲載されていた「簡単な正弦波発振器」
を組み立てて実験してみた。
 この回路は前述の「基本的な回路」にダイオード回路を付加したようなものだが
発振出力の安定性はとても良いものだった。

 ダイオード回路を付け加えると、どうしてこうなるのか?
 いろいろ考えたがオイらのぼんくら頭ではこんなことしか思い浮かばなかった。

  ① 負帰還回路に入ってるんだから負帰還量を調節するためだろう。

  ② 負帰還量は少ない方が発振はしやすい。 ただし波形は歪む。

  ③ 電源ON時は負帰還量を少なくして発振しやすくし、発振出力が
    大きくなったら負帰還量を増やして歪を無くしていく。

  ④ 発振出力が低下したら負帰還量を少なくして出力を大きくする。

 はたしてダイオードを入れるとこれができるのか?

 ダイオードの特性を調べてみた。
 (ラジオの工作で検波器として使っていたので少しは知っていたけど・・・)

 ダイオードの静特性図(順方向)でおなじみのグラフだ。
 「負荷による電圧降下の無い可変電圧電源」ってまぁ工作用の安定化電源は
持ってるけど こんな低電圧を細かく調整できるようなものではない。
 まぁ、想像で絵を書いてみた。

 

 ダイオードは加わる(順方向)電圧が小さい(低い)うちは流れる電流はごくわずかで
高抵抗の「抵抗器」と同等になる。
 電圧が大きく(高く)なり、ある値を超える(大体0.5~0.6V)と急激に電流が
流れるようになる。これは抵抗値の低い「抵抗器」だ。

 この特性を利用すれば発振出力が弱いとき(発振開始時)は高抵抗で負帰還量を押さえて
発振しやすくし、出力が大きくなったら低抵抗で負帰還量を増やして波形歪を少なくする
ことができるはずだ。

 ダイオード両端の波形を見てみた。

 

時間軸を100μs/secにして波形を拡大してみた。

 

上の画像の意味を考えてみた?????・・・・・

 ダイオードと並列に接続してある抵抗器は何のためだろう?
 ダイオードで負帰還を制御するだけじゃダメなのかな?

  ダイオードと並列に接続された可変抵抗器(50KΩ 設定値は31.5KΩ)を
取外してみた。 すると、波形の+、-の切り替わり点でおかしな感じだ。

 

 

 やっぱりダイオードを入れると非線形の影響があるんだろう。
 それを修正するために線形(リニアー)部品の抵抗器を並列接続してるんだろう。
 (工作実習生の勝手な推測です。 正解はなんだろう?)

 バンドパスフィルターの2つのRtは可変抵抗器にしてある。
 それを少しずつ抵抗値を変えて発振周波数を変えてみた。
 結構、安定に周波数を変化させられる。
 2つの可変抵抗器の抵抗値がバラついても問題なく発振する。
 次はここを普通の2連ボリューム(回転型可変抵抗器)に替えて実験してみよう。

                    (続く)

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ウィーンブリッジ発振回路(その2) - OPアンプのお勉強 -

2023年08月18日 10時55分42秒 | 工作実習

2023・08・17(木曜日) 晴れ

 OPアンプを使って正弦波を発振する回路の実験をしている。
 基本的な単純な回路では正弦波(らしき)波形を出力することはできたが、
 負帰還量を調節してきれいな波形を出力しようとすると、出力が徐々に
減少してやがては消滅してしまう。
 そこで波形が消滅する手前で調節を止めて出力を維持するようにしている。
 このような状況では固定した周波数を発振させるのが精いっぱいで、
発振周波数を変化させることは無理だろう。

 参考書にこの基本回路を改良した発振回路が掲載されていた。

                                       (参考書 OPアンプ回路の設計 岡村 廸夫 著 CQ出版)

 

 この回路を実験してみることにした。
 回路中の抵抗値を変化して実験できるように"抵抗”を可変抵抗に置き換えた。

 

 ブレッドボードに上記回路を組み立てた。

 

  基本回路には無かった、ダイオード回路の部分。
  どんな効果があるのかな?

 

 電源を投入したらすぐ波形がでてきた。
 これは負帰還が効いておらず、目いっぱいの増幅度で正帰還させた波形だ。

 

 負帰還回路の半固定抵抗器(VR)を調節して正弦波のような波形にした。
 波形は安定して変化していき正弦波に近づいてきた。

 

 その調整の様子を動画でご覧ください。

 

 この回路はとても安定に発振してくれる。
 バンドパスフィルターのRt(100KΩ可変抵抗器)の抵抗値を変化させると
発振周波数が変化してくれる。
 
 前回実験の「基本回路」とは段違いの性能だ。(工作実習生の感想です。念のため)
 回路はそんなに変わってはいない。

 

 

 ふーん、このダイオードの回路が重要な仕組みなんだな?
 どんな機能なんだかわからないけど、調べてみよう・・・・・

                    (続く)

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