第7回分
なぜ発振回路が必要なのか
発振回路はどのような用途で使われるものなのか
あらゆる情報機器の動作の動作のタイミングの基準信号、を
つくるためです。
発振回路は負帰還でも構成できるのか
負帰還を使わない理由はなんなのか
負帰還だと、ある安定状態で落ち着いてしまう(=時間とともに変化しない)
ので、発振回路にはなりえません。
発振条件を満たすとなぜ他の波形ではなく正弦波になるのか
一般に発振条件(のうちの周波数条件)は、ある周波数の信号に対して
のみ成立し、それ以外の周波数の信号では成立しません。
そのため、それ以外の周波数の信号の成分(の正弦波)は、
最終的には0になってしまい、発振条件が成立する周波数の正弦波のみが
残ることになります。
周期的な信号ならば、出力が方形波の場合もあるのではないか
正弦波などの発振の波形は回路の何に依存するのか
方形波は、基本波の正弦波に、それよりも周波数が高い正弦波を
加えたもの、と考えられます(フーリエ展開)が、一般に発振条件は
上述のように、ある周波数成分に対してのみ成立するので、
正弦波以外には(理想的には)なりません。
発振回路の周波数特性を調べたとき、どのような特徴が得られるのか
発振回路の発振周波数がわかる、ということでしょうか。
ループ利得はどんなことに使うのか
ズバり、発振条件を求めるとき、ですね。
入力がなくても出力が出るのがよくわからない
正帰還がかかっていますので、出力が入力(回路の中での)に
戻されて、それが出力に出て・・・ということが
定常的に繰り返されている状態が、発振回路です。
帰還回路の最初の出力はどうなるのか
実は最初から振幅がゼロではだめで、ノイズなどの成分が、
最初は増幅され(ループ利得AH＞1)、ある振幅まで大きくなったところで
発振条件(の電力条件)が成立して、その振幅の正弦波で落ち着く、
という過程を経ます。
入力がないというのはどこまでのことなのか。発振回路を動作させるのに電力はいらないのか
増幅するために、必ず電力(エネルギー)が必要です。
入力がなくても出力が出るというのは、そのエネルギーはオペアンプにかかる電源電圧からでてくるのか
そういうことです。
●発振条件
発振回路になるための必要十分条件は AH=1 でいいのか
結局はそういうことになります。
なぜRe(AH)=1 を電力条件, Im(AH)=0 を周波数条件というのかよくわからない
Re(AH)は出力の振幅に関する条件、
Im(AH)は、多くの場合、出力の周波数ωを決めることになるため、です。
1/0 * 0 だとなぜ発振するのか
少なくとも発振するためには、そのような不定形にならないと
いけない、という必要条件です。
θ≠0 では絶対にvo は安定しないのか
位相がずれると増幅回路にはどのような影響があるのか
ジッタと呼ばれる、voの周波数のブレとなって現れてます。
必要条件の式 1-AH=0 を移項すると AH=1 になるが |AH|=1 となっているのがなぜかわからない。AHが負になるものもあるのか
|AH|は、複素数としての絶対値、という意味です。
発振回路に理想のオペアンプを用いるとどうなるのか
そのような場合を講義では紹介しました。
発振回路を考えるときAを有限値としているので、理想オペアンプの条件A=∞となりAが一致しないが、発振回路を考えるときにもオペアンプは理想的なものと考えていいのか
いえ、あのAは、理想オペアンプの増幅率ではなく、オペアンプで作った
非反転増幅器などの増幅率、です。
最後の発振する条件がANDなのかORなのかよくわからない。それとも素子の値が条件で周波数ωは自然に決まるものなのか
AND、ですね。両方とも成立する必要があります。
一般に、電力条件から、回路中の素子の値の一部がきまり、
残りの値から、発振するときのωが決まります。
●ウィーンブリッジ発振回路
ウィーンブリッジ発振回路は何が利点で何に使われるのか
比較的少ない部品点数で作ることができる、ということでしょうか。
学生実験で用いる低周波発振機(周波数が変えられるやつ)は、
中身はウィーンブリッジ発振回路であるものが多いようです。
ウィーンブリッジという名前の由来はなんですか
さあ・・・なんなんでしょう。ウィーンの橋、ですもんね。
ウィーンブリッジ発振回路で求めた周波数fを使って、正弦波の周期Tを求めるときはf=1/T が使えるのか
もちろんそのとおりです。
ウィーンブリッジ発振回路で出力の周波数を変えるには、R1=R2=RとしてRを可変抵抗で構成すればいいのか
この抵抗の一部を可変にすることによって、実験で使うような発振器を作ることが出来るのか
そうするのが現実的でしょうね。
(CよりはRの方が可変にしやすいので)
図を描いたときにvo とv'がどの信号線に置けばいいのかよくわからなかった
AとHをどこで分けるか、を考えれば、自然に決まるかと思います。
帰還回路は出力の一部を入力に戻す回路だが、 v'=H*vo として vo をそのままで帰還させていいのか
はい、そういうことになります。
なぜ1+R4/R3 がAに相当するのかよくわからなかった
それは非反転増幅回路だから、ですね。
AとHは対称的なのでどちらがどちらと考えても問題ないのではないか
1+R4/R3=A としていたが 1+R4/R3=H ではないのか。AとHの見極め方がわからない
確かにそうなのですが、Aを増幅器(A＞1)、Hを減衰器(H＜1)と
するのが一般的のようです。
条件からの式の展開が複雑でわかりづらかった
虚数/(実数+虚数) = H の式からの条件を使って答えを求める過程がいまいちよくわからない
ぜひ自分で復習してみることをオススメします。
C1=C2=C とおいたが、これは大体のときに使ってもいいのか
いえ、これは、都合のいい仮定、ですね。
C1=C2=C 以外のときの動作はどうなるのか
式としては、やや複雑ですが、求まりますので、
そのとおりのωなどで発振することになります。
どの程度の誤差が生じると発振回路として動作しなくなるのか
実はこれはなかなか微妙な問題で、厳密にAH=1とならないと、
ある程度時間がたつと、発振が止まってしまいます。
そこで、実用的な発振回路では、voが小さくなってきたら、少しだけ
|AH|＞1とし、voが大きくなってきたら、少しだけ|AH|＜1とする、
ような制御をAかHに自動的にかける機構を持たせるのが一般的です。
●レポート
オペアンプの比較がどの項目を比較するべきかわからなかった
講義で紹介した、利得、オフセット・バイアス、SRあたりで十分ですよ。
オペアンプの比較をしたが、項目別にその値が高いことが実際にどのように影響するかよくわからかなかった
より理想に近い、ということですから、
それを使った回路の特性が、理想オペアンプを使った場合に
近づく、ということですね。
様々な特徴のオペアンプがあることがわかったが、そんなにたくさん種類があって使い道はあるのか
用途に応じて、使い分けます。
例えば扱う信号の周波数が高い場合は、ユニティゲイン周波数が
高いオペアンプ、扱う信号の振幅が小さい場合は、オフセット電圧が
低いオペアンプ、などのように、使い分けます。
●その他
nθの値が90°を超えたらどう変化するのか
どこのnθでしょう??
|e^jθ|=1 がよくわからない
それは複素平面で考えれば・・・
もう少し授業の内容をまとめたプリント等が欲しい
Webにまとめてありますので、復習で活用してください。
基本的なことが理解できていない気がするが、復習はどこから始めればいいか
ええと、それは、どこがあやしいか、によるんじゃないでしょうか。
インピーダンスがあやしかったら、そのあたりから、
ボード線図があやしかった、そのあたりから。
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