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scilabで遊ぼう (12) [電子工作]このエントリーを含むはてなブックマーク#

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本物のOPアンプで発振器を作ります。 今回もscilabは登場しません。

LTspiceで回路構成を決める

LTspiceシミュレーションで、ゲインを上げると発振器になることがわかりました。 それじゃあ、実際に発振させてみようということになりました。 使用するOPアンプは、STマイクロ社のLM358です。 digi-keyで安かったもので。

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今回作ったのは、こんな回路です。 発振周波数を耳でも確認したかったので、2kHz付近で発振するようにRC移相器の定数を変えました。 その結果、ゲイン43.9倍の時に約2kHzで発振が起こるということがわかりました。 実際の回路では、"Rf"部分を68kΩの抵抗と50kΩの可変抵抗で作り、ゲインを変えながら発振の様子を観測します。

LM358で発振器を作る

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ブレッドボード上に組んでみました。 右下に2.2kΩが並んでいるのが移送器の部分です。 右上には、2SC3327で作ったエミッタフォロワを配置して、波形を観測する際に使用しました。

波形の観測は、どうしよう

発振器を作るのは、いいのですが、発振波形を確認するためには、オシロスコープが欲しくなります。 でも、私はそんな機材を持っていません。 そこで思い出したのが、参考文献(1)の記事です。 ここでは、PCのオーディオ入力を利用してPCをオシロスコープのように使うWaveSpectraというフリーウェアが使用されています。 WaveSpectraは、efu's pageで提供されています。 これを使うことにしました。

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参考文献(1)の記事でも書かれていましたが、LM358は、出力に十分なバイアス電流を流さないとひずみが出るそうです。 実際にやってみると、こんな波形が出てきました。 たしかに、スイッチング部分でひずみが見えます。

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そこで、OPアンプの出力部分に10kΩの抵抗を付けて、プルダウンした結果がこの波形です。 極端なひずみはなくなりましたが、波形の下半分が欠けています。 これは、OPアンプの出力範囲が足りないために、飽和したのではないかと思います。

発振が始まったときの"Rf"と"Rs"の抵抗値は、実測したところ95.9kΩと2.162kΩでした。 ゲインは、44.4倍ということで、シミュレーションどおりの値になっています。 また、発振の始まる周波数は、2080Hzと読み取れました。

LM6132に換装してみた

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波形の下半分が欠けることがわかったので、OPアンプをナショナル・セミコンダクタ社のLM6132に換装してみました。 これは、Rail-to-Railと呼ばれる、入出力共に電源電圧いっぱいまで使うことが出来るOPアンプです。 たまたま、サンプルが手元にあったものですから。

その結果がこれです。 確かに下半分が欠けることはなくなりましたが、スイッチングでのひずみが残っています。

MC33202に換装してみた

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次は、オンセミコンダクタ社のMC33202です。 このOPアンプもRail-to-Railと称しています。

このOPアンプの場合には、きれいな正弦波が現れました。 発振周波数は、予想よりもちょっと高めですね。

その他のOPアンプは、

他のOPアンプも色々と試してみましたが、安定した正弦波が観測できるものは、見つかりませんでした。 やはり、うわさどおり、この回路を発振器として使うのは至難の業のようです。

付録 : 「scilab で遊ぼう」索引

参考文献

(1) 特集:実験で学ぶトランジスタ回路設計

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