迷走の果て・Tiny Objects

迷走する日々の覚え書きです。自分で分かってることは省略してますので、念のため。

ウィーンブリッジ発振回路の解析

ウィーンブリッジ発振回路

V1とV2を繋ぎ、定数を適切に設定すると発振する。
実際には振幅制御回路が必要になる。

ここではV2/V1を求めてみた。

ウィーンブリッジ発振回路の伝達関数


振幅条件に発振周波数を決めるC1、C2、R1、R2が入っている。
発振周波数を連続可変とする場合、通常R1とR2に二連ボリュームを使う(その昔にはC1とC2に二連バリコンを使うこともあったそうだが・・・)
問題は二連ボリュームのギャングエラー(連動誤差)でこれが大きいと振幅制御回路に「負担」がかかる。発振が停止したり歪みが大きくなったりする場合がある。
ギャングエラーが小さいとされる東京コスモスのRV24YGは一個で1600円以上する。

先に解析した状態変数型発振回路では発振周波数を決めるCRが振幅条件に入っていない。
従って二連ボリュームのギャングエラーを気にする必要がないはずだ。
発振ループ内にオペアンプが三個必要なので高い周波数での発振は不利になるが、最近の高速オペアンプを使えばいいのではないか、帯域55MHzのLME49860は秋月電子で二つ買っても600円で、1600円の二連ボリュームより安い。



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状態変数型フィルタの伝達関数

状態変数型フィルタ_回路
上の状態変数型フィルタでV5/V1の伝達関数を求めた。V5はバンドパスフィルタになる。
V5をV1に繋ぎ定数を適切に設定すると発振回路になる。(実際には振幅制御回路が必要になるが)

状態変数型フィルタの伝達関数

秋月電子でお買い物・フォトカプラP873-G35-911

アナログ・フォトカプラP873-G35-911です。
フォトカプラ
CDS2個入りですが、残念なことに一つ端子が共通になってます、独立していればあれこれと使い道があるのですが・・・。

フォトカプラP873_G35_911
特性を測ってみました、CDSは受光量が少ないと応答が悪くなります、LEDの電流を少なくしていくと抵抗値が落ち着くのに時間がかかります。急いで測ったのでもう一度計り直した方がいいのかもしれません。

ブリッジドTフォトカプラランプ制御回路
ブリッジドT発振回路に使ってみました、振幅制御はランプ式(古!)歪みや応答速度は期待できないのですが、とにかく簡単です。問題は適当なランプが入手困難って事でしょうか。

ブリッジドTフォトカプラランプ制御周波数特性
U2aの3ピン入力電圧と発振周波数のグラフです。

ブリッジドTにせよウイーンブリッジにせよ発振周波数を可変とするには二連ボリュームが必要だけど、このフォトカプラを使えば単連ボリュームでしかも回転角と発振周波数がほぼ比例する。

とりあえずの実験だけど、もうちょっとちゃんと作ってみようか。

状態変数型発振回路8

OPA2604を入手し、U2をNJM4580からOPA2604に変更しました。
VRの値を大きくしても偶数次高調波のレベルは変化しなくなりました。
これで組み上げます、10KHz~100KHzレンジでのレベル変動の補正は省略することにしました。

状態変数型発振回路LEDリミッター回路4

状態変数型発振回路7

理由がわかりました。
振幅制限はLEDでプラスマイナス対称にクリップさせているので奇数次の高調波がでます。
オペアンプにNJM4580を使ったのですが、オフセットバイアス電流が標準で100nAですから、100KΩの抵抗に通すと10mVのオフセット電圧が発生します。これが原因で対称クリップが崩れて(といってもわずかでしょうが)偶数次高調波が大きくなるのでしょう。
手持ちのLF412(バイアス電流が標準50pA)を使ったらボリュームの抵抗値が100KΩでも偶数次高調波が大きくなることはありませんでした。
ただLF412はGB積が3MHzなので100KHzでの発振が苦しくなります。
そこでGB積20MHz、オフセットバイアス電流100pA(標準)のOPA2604を秋月に注文しておきました。

状態変数型発振回路6

ケースに入れてみました。入れてから気付いたのですが、基板上の部品配置が悪くて二連ボリュームまでの配線が長くなってしまいました。出来ればやり直したいですね。
ケースに入れた事により商用電源の高調波は減りました。
状態変数型発振回路ケース入

異なるレンジで同じ周波数を発振させてみたときのスペクトルです。
周波数はリニア表示しました。
VR1の値が大きいと偶数次の高調波が大きくなります。理由がわかりません。
発振スペクトル2

状態変数型発振回路5

仮組みして実験中です。二連ボリュームの金属部分はちゃんとグランドに落としておきます。
状態変数型発振回路写真
10Hzから100KHzまでの発振を確認しました。回路図を再度載せておきます。(R9、C9は未実装)
状態変数型発振回路LEDリミッター回路3


ところが・・・。
発振スペクトル

C=0.015μFと1500pFでそれぞれ約1KHzを発振させたところ、同じ1KHzでもだいぶ違いあります。
VR1a=VR1b=100KΩの時は商用電源の高調波がかなり目立ちます。100KΩと高いので廻りのノイズを拾っているようです。ちゃんとケースに収めればましになるかもしれません。

状態変数型発振回路4

まだ製作途中ですが、写真アップしておきます。
状態変数型発振回路写真1

状態変数型発振回路写真2
電源にはMAU108を使いました、以前デジットで買った物ですが、最近秋月でも売ってます。
秋月だと半値以下・・・。

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