前のページ 1/2 次のページ

発振回路(はっしんかいろ、electronic oscillator)は、持続した交流を作る電気回路である。その原理により、帰還型(きかんがた)と弛張型(しちょうがた)に分類できる。電波の放射や、デジタル回路におけるクロックパルス(コンピュータ(またはデジタル回路)が動作する時に、タイミングを取る(同期を取る)ための周期的な信号)の発生が代表的な用途であるが、それ以外にも、電子回路の動作の基準となる重要な回路である。

◆帰還型と弛張型

帰還型(Harmonic oscillator)は、増幅回路の出力の一部を入力に帰還(フィードバック)させることにより、規則的な電圧の変動を生じさせるもので、基本的には増幅回路の特殊例と言えるものである。増幅の作用を持つ三極管で最初は作られ、これが出来たので、高周波を扱う分野では超高周波発電機が不要になった。

帰還型の例として、マイクにより得られた音声信号をアンプで増幅し、スピーカーから出力する際に起こるハウリングが挙げられる。スピーカーからの出力が十分に大きい場合、マイクをスピーカーに近づけると振幅の大きな規則的な電気信号が得られる(多くの場合その音は不快感を伴う)。これはスピーカーからの出力の一部がマイクに帰還されたことにより生ずる現象である。この例から分かる通り、増幅を目的とした回路でも、(意図しない)帰還があると発振することがある。

弛張型()は、電気的にはスイッチのオン・オフのタイミングを制御することで断続した電気信号を生じさせるものである。増幅回路を持たないこともある。

弛張型の例としてししおどしが挙げられる。竹筒に水を注いでゆき、水が竹筒の内部に蓄えられる。内部の水量があるしきい値を超えると、竹筒が倒れ、内部の水が空になり、同様の動作を繰り返す。これを電子回路に例え、竹筒をコンデンサ、水を電荷、水量を電圧に置き換えると、電圧は周期的な変化をしているといえる。動作が持続するためには、竹筒を倒すタイミングの制御が重要である。

◆帰還型発振回路の例

増幅回路の出力の一部を入力に帰還する際、その時間遅れを決めることにより、発振周波数が決定される。正帰還(入力の電気信号と、帰還する電気信号の位相が同じ)である場合に発振する。用いる受動素子により、いくつかの種類に分類できる。

◇固体振動子発振回路

水晶振動子・セラミック発振子など、電圧を印加することで固有振動を起こす部品(固体振動子)を回路内に接続することにより、発振周波数を決めることができる。特に水晶振動子を用いた回路は、発振周波数の精度が非常に高い。

回路内の接続の方法により、次のように分類される。

・ピアースB-E回路

・ピアースC-B回路

・エミッタ帰還回路

◇CR発振回路

C(コンデンサ)とR(抵抗)で構成されるRC回路を用いて帰還するものである。正弦波を発生する。

・移相形: コンデンサと抵抗によるローパスフィルタまたはハイパスフィルタは、周波数に応じて0から90度の位相のずれが生ずる。その回路を3段もしくは4段接続すると、特定の周波数で180度の位相のずれが生ずるので、反転増幅器の帰還回路に用いることで発振する。

・ウィーンブリッジ形(): コンデンサと抵抗によるバンドパスフィルタを用いて増幅回路に正帰還をかける。出力電圧の振幅が飽和しないよう、その振幅を整流回路、平滑回路、遅延回路などで検出して、負帰還を調整する(増幅率を増減する)。精度が比較的高く、周波数の可変域が広いため、アナログ式の発振器に用いられている。

・ツインT形: コンデンサと抵抗をT字型に接続することで、ハイパスフィルタとローパスフィルタを構成できる。これらを並列にして位相反転形のバンドバスフィルタを構成し、増幅回路の負帰還として用いることで、正弦波を発生できる。調整はやや難しいが、トランジスタ1石で低周波の正弦波を発生できる数少ない回路であるため、簡便な発振回路として用いられる。

◇LC反結合発振回路

L(コイル)とC(コンデンサ)で構成されるLC回路を用いて帰還するものである。出力を逆位相で入力に帰還する(結合の位相が反対)ことから、この名称がある。

・ハートレー発振回路(): コイル2個、コンデンサ1個で構成

・コルピッツ発振回路(): コイル1個、コンデンサ2個で構成、実際にはコイルと直列にコンデンサを挿入して安定度を向上することが多く、この変形はクラップ発振回路()と呼ばれる。クラップ発振回路はC/Nに優れており、無線機に要求される非常に厳しいC/Nを満たすことが出来るため、バイポーラトランジスタを使ってディスクリートで構成される無線機用VCOの原型の回路になっている。

Image:Clapp oscillator.png|クラップ発振回路

Image:Hartley osc.png|ハートレー発振回路

◇同調形

回路の一部に同調回路を設け、その電圧の一部を帰還するものである。

・コレクタ同調

・ベース同調

・エミッタ同調

◇マルチバイブレータ

マルチバイブレータ()と呼ばれる回路には、次の3種類がある。

・単安定マルチバイブレータ

・双安定マルチバイブレータ

・非安定マルチバイブレータ

このうち非安定マルチバイブレータが発振回路として用いられる。2組の反転増幅回路の入力と出力をそれぞれ互い違いに接続した回路である。

◇リング・オシレータ

NOTやNORのような反転論理を奇数段用いて、出力を入力へ環状(リング)に接続することで、周期的な方形波(クロック)が得られる。これをリング・オシレータあるいは、特に論理ゲートのみで構成されるものを、ロジカルオシレーターと呼ぶ。周波数は、R(抵抗)やC(コンデンサ)の負荷や論理段数の増減、バイアス電流(電圧)の制御を行うことで決められる。

前のページ 1/2 次のページ

・発振回路 page1

・発振回路 page2