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有名であるが、その発振原理が説明されていない
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知恵袋の質問
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q14138934179/a346084159
解説、間違っている!
http://www.murata.co.jp/elekids/ele/try/koka13f/pdf/1310.pdf
http://www.rlc.gr.jp/prototype/led/tenmetu/shichou/pika.htm
あるLED点滅回路と音声反応回路の原理
弛張発振回路 - SonofSamlawのブログ (hatenablog.com)
■回答(概要)
図1のようにQ1内の等価抵抗Rπ、Cπを考えます。
V1からV3までの伝達特性を計算し、その位相が=0、ゲインが>1のときが発振条件です。
Q1のgmはR1によって調整します。R1を小さくすればgmは上がる。しかしループゲインが下がる。
このように調整は複雑ですから、簡単に言えません。
図1 発振回路
図2の回路は帰還回路で、V1からV3までの伝達特性で、
位相差=0
となる周波数が発振周波数だと思います。この周波数でのこの回路のゲインにgm*βをかけたものが>=1であるとき、発振します。
図2 帰還回路
■設計(動作点)
R1を決めると、Q1のベース電流Ib1が決まり、
コレクタ電流Ic1=β1*Ib1
が決まる。
Q2のコレクタ電流Ic2=β2*Ic1
となる。
V2=Ic2*R2
となり、以上が動作点となる。この動作点において、Q1のgm1は、
gm1=38*Ic1
である。小信号でのv1からic2までの相互コンダクタンスGmは、
Gm=gm1*β2
となる。
■設計(小信号)
図3 帰還回路
図3に帰還回路部分を示す。R1とRπを合わせてR3とする。
図4 帰還回路の簡略化
図4を変形すれば図5になる。
図5 図4のテブナン等価回路
図5から、
発振条件はこの位相=0である。つまり、
(jω)^2*R2R3CCπ+1=0
である。これが発振周波数を決める。このときのこの帰還回路のゲインは、
R3C/(R2C+R3Cπ+R3C)
だから、全ゲインは、
gm1*β2*R2R3C/(R2C+R3Cπ+R3C)
となり、これが>1のとき、発振が開始する。
■間違った発振メカニズムの説明
http://www.murata.co.jp/elekids/ele/try/koka13f/pdf/1310.pdf
より引用、
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回かい路ろ に電でん気き が流ながれると、積せき層そうセラミックコンデンサーに電でん気き がたまり始はじめる(❶)。コンデンサーの充じゅう電でんがいっぱいになると、トランジスター2SC2120のベースに電気 が流ながれ、コレクター〜エミッター間がスイッチONの状態に(❷)。トランジスター2SA950のベースから電気 が流れてエミッター〜コレクター間がスイッチONの状態になると、スピーカーに電気 が流れるとともに、コンデンサーは放電してしまう(❸)。これらの繰り返しでスピーカーが振動し、音となって聞 こえるのだ。
このとき半固こ定抵抗器 のツマミを回して抵抗値を下 げると、流れる電気(水)の量が多くなるため、コンデンサー(竹筒)に電気 がたまるまでの時 間が短かくなる。すると単位時間あたりの電気の振動回数すうが多くなる=周波 数が高くなるので、スピーカーのブザー音は高くなるゾ! よって「考えてみよう」の正解はⒶだ。
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この説明はおかしい。振動はこのメカニズムでは起こらない。ある平衡点でとまるだろう。この動作点において、上に説明した条件で発振するのである。
■別の間違った説明
http://detail.chiebukuro.yahoo.co.jp/qa/question_detail/q10152721725
のなかのもの。
この回路を正しく弛張発振させるには、
LEDの電位差は必要です。
それは、配線のインダクタンスの両端の
電圧であっても良いですが、
過剰な放電を起こす時間を稼ぐものが必要です。
この回路は、まずRとLEDを通してCに充電します。
Cの両端電圧がQ2のVbeしきい値電圧
(ダーリトンでないSiトランジスタならば0.6~0.7V)
に達すると、Q2のベースにキャリアが注入され、
Q2のコレクタ電流が流れてQ1のベースにキャリアが
注入されます。
このとき、何らかの方法でQ1のVceを低下させます。
この回路図の場合は、
LEDの電流が増加することでVFが増加し、
結果としてQ1のVceが低下します。
するとQ1のコレクタ領域の空乏層が短くなって、
キャリアの注入領域が拡大し、過注入状態となって
すぐにはQ1がオフできなくなります。
LEDの両端電圧はCの下側の電位を持ち上げますから、
CはQ2を通って過剰に放電されます。
やがてQ1の過注入キャリアは再結合して消滅し、
LEDのVFが下がってCの下の電位が下がり、
Q2のVbeがしきい値以下になり、
最初に戻ります。
この回路はトランジスタの半導体としての動作を
うまく利用したものです。
動作の理解には半導体物理の知識が必要です。
回路理論(普通のトランジスタの増幅動作)だけでは
動作が理解できないでしょう。