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6VとしてVoutを6Vにしたい場合、(R1+R2)/R2=10となるようR1とR2の値を選択します。 基準電圧Vrefとしては、ダイオードのpn接合で生じる順方向電圧ドロップ(0. 6V程度)を使う方法もありますが、温度に対して係数(kT/q)を持つため、精度が必要な場合は温度補償機能付きの基準電圧生成回路を用います。 発振回路 発振回路は、スイッチング動作に必要な一定周波数の信号を出力します。スイッチング周波数は一般に数十KHzから数MHzの範囲で、たとえば自動車アプリケーションでは、AMラジオの周波数帯(日本では526. 5kHzから1606.
図1 ではコメント・アウトしているので,理想のデバイス・モデルと入れ変えることによりシミュレーションできます. DD D(Rs=20 Cjo=5p) NP NPN(Bf=150 Cjc=3p Cje=3p Rb=10) 図4 は,具体的なデバイス・モデルへ入れ替えたシミュレーション結果で,Tank端子とOUT端子の電圧をプロットしました. 図3 の理想モデルを使用したシミュレーション結果と比べると, 図4 の発振周波数は,34MHzとなり,理想モデルの50MHzより周波数が低下することが分かります.また,OUTの波形は 図3 の波形より歪んだ結果となります.このようにLTspiceを用いて理想モデルと具体的なデバイス・モデルの差を調べることができます. 発振周波数が式1から誤差が生じる原因は,他にもあり,周辺回路のリードのインダクタンスや浮遊容量が挙げられます.実際に基板に回路を作ったときは,これらの影響も考慮しなければなりません. 図4 具体的なデバイス・モデルを使ったシミュレーション結果 図3と比較すると,発振周波数が変わり,OUTの波形が歪んでいる. 電圧 制御 発振器 回路单软. ●バリキャップを使った電圧制御発振器 図5 は,周辺回路にバリキャップ(可変容量ダイオード)を使った電圧制御発振器で, 図1 のC 3 をバリキャップ(D 4 ,D 5)に変えた回路です.バリキャップは,V 2 の直流電圧で静電容量が変わるので共振周波数が変わります.共振周波数は発振周波数なので,V 2 の電圧で周波数が変わる電圧制御発振器になります. 図5 バリキャップを使った電圧制御発振器 注意点としてV 2 は,約1. 4V以上の電圧にします.理由として,バリキャップは,逆バイアス電圧に応じて容量が変わるので,V 2 の電圧がBias端子とTank端子の電圧より高くしないと逆バイアスにならないからです.Bias端子とTank端子の直流電圧が約1. 4Vなので,V 2 はそれ以上の電圧ということになります. 図5 では「. stepコマンド」で,V 2 の電圧を2V,4V,10Vと変えて発振周波数を調べています. バリキャップについては「 バリキャップ(varicap)の使い方 」に詳しい記事がありますので, そちらを参考にしてください. ●電圧制御発振器のシミュレーション 図6 は, 図5 のシミュレーション結果で,シミュレーション終了間際の200ns間についてTank端子の電圧をプロットしました.
図6 よりV 2 の電圧で発振周波数が変わることが分かります. 図6 図5のシミュレーション結果 図7 は,V 2 による周波数の変化を分かりやすく表示するため, 図6 をFFTした結果です.山がピークになるところが発振周波数ですので,V 2 の電圧で発振周波数が変わる電圧制御発振器になることが分かります. 図7 図6の1. 8ms~1. 9ms間のFFT結果 V 2 の電圧により発振周波数が変わる. 以上,解説したようにMC1648は周辺回路のコイルとコンデンサの共振周波数で発振し,OUTの信号は高周波のクロック信号として使います.共振回路のコンデンサをバリキャップに変えることにより,電圧制御発振器として動作します. ■データ・ファイル 解説に使用しました,LTspiceの回路をダウンロードできます. ●データ・ファイル内容 :図1の回路 :図1のプロットを指定するファイル MC1648 :図5の回路 MC1648 :図5のプロットを指定するファイル ■LTspice関連リンク先 (1) LTspice ダウンロード先 (2) LTspice Users Club (3) トランジスタ技術公式サイト LTspiceの部屋はこちら (4) LTspice電子回路マラソン・アーカイブs (5) LTspiceアナログ電子回路入門・アーカイブs (6) LTspice電源&アナログ回路入門・アーカイブs (7) IoT時代のLTspiceアナログ回路入門アーカイブs (8) オームの法則から学ぶLTspiceアナログ回路入門アーカイブs
水晶振動子 水晶発振回路 1. 基本的な発振回路例(基本波の場合) 図7 に標準的な基本波発振回路を示します。 図7 標準的な基本波発振回路 発振が定常状態のときは、水晶のリアクタンスXe と回路側のリアクタンス-X 及び、 水晶のインピーダンスRe と回路側のインピーダンス(負性抵抗)-R との関係が次式を満足しています。 また、定常状態の回路を簡易的に表すと、図8の様になります。 図8 等価発振回路 安定な発振を確保するためには、回路側の負性抵抗‐R |>Re. であることが必要です。図7 を例にとりますと、回路側の負性抵抗‐R は、 で表されます。ここで、gm は発振段トランジスタの相互コンダクタンス、ω ( = 2π ・ f) は、発振角周波数です。 2. 負荷容量と周波数 直列共振周波数をfr 、水晶振動子の等価直列容量をC1、並列容量をC0とし、負荷容量CLをつけた場合の共振周波数をfL 、fLとfrの差をΔf とすると、 なる関係が成り立ちます。 負荷容量は、図8の例では、トランジスタ及びパターンの浮遊容量も含めれば、C01、C02及びC03 +Cv の直列容量と考えてよいでしょう。 すなわち負荷容量CL は、 で与えられます。発振回路の負荷容量が、CL1からCL2まで可変できるときの周波数可変幅"Pulling Range(P. R. )"は、 となります。 水晶振動子の等価直列容量C1及び、並列容量C0と、上記CL1、CL2が判っていれば、(5)式により可変幅の検討が出来ます。 負荷容量CL の近傍での素子感度"Pulling Sensitivity(S)"は、 となります。 図9は、共振周波数の負荷容量特性を表したもので、C1 = 16pF、C0 = 3. 5pF、CL = 30pF、CL1 = 27pF、CL2 = 33pF を(3)(5)(6)式に代入した結果を示してあります。 図9 振動子の負荷容量特性 この現象を利用し、水晶振動子の製作偏差や発振回路の素子のバラツキを可変トリマーCv で調整し、発振回路の出力周波数を公称周波数に調整します。(6)式で、負荷容量を小さくすれば、素子感度は上がりますが、逆に安定度が下がります。さらに(7)式に示す様に、振動子の実効抵抗RL が大きくなり、発振しにくくなりますのでご注意下さい。 3.
差動アンプは,テール電流が増えるとゲインが高くなります.ゲインが高くなると 図2 のV(tank)のプロットのようにTank端子とBias端子間の並列共振回路により発振し,Q 4 のベースに発振波形が伝わります.発振波形はQ 4 からQ 5 のベースに伝わり,発振振幅が大きいとC 1 からQ 5 のコレクタを通って放電するのでAGC端子の電圧は低くなります.この自動制御によってテール電流が安定し,V(tank)の発振振幅は一定となります. Q 2 とQ 3 はコンパレータで,Q 2 のベース電圧(V B2)は,R 10 ,R 11 ,Q 9 により「V B2 =V 1 -2*V BE9 」の直流電圧になります.このV B2 の電圧がコンパレータのしきい値となります.一方,Q 4 ベースの発振波形はQ 4 のコレクタ電流変化となり,R 4 で電圧に変換されてQ 3 のベース電圧となります.Q 2 とQ 3 のコンパレータで比較した電圧波形がQ 1 のエミッタ・ホロワからOUTに伝わり, 図2 のV(out)のように,デジタルに波形整形した出力になります. ●発振波形とデジタル波形を確認する 図3 は, 図2 のシミュレーション終了間際の200ns間について,Tank端子とOUT端子の電圧をプロットしました.Tank端子は正弦波の発振波形となり,発振周波数をカーソルで調べると50MHzとなります.式1を使って,発振周波数を計算すると, 図1 の「L 1 =1μH」,「C 3 =10pF」より「f=50MHz」ですので机上計算とシミュレーションの値が一致することが分かりました.そして,OUTの波形は,発振波形をデジタルに波形整形した出力になることが確認できます. 図3 図2のtankとoutの電圧波形の時間軸を拡大した図 シミュレーション終了間際の200ns間をプロットした. ●具体的なデバイス・モデルによる発振周波数の変化 式1は,ダイオードやトランジスタが理想で,内部回路が発振周波数に影響しないときの理論式です.しかし,実際はダイオードとトランジスタは理想ではないので,式1の発振周波数から誤差が生じます.ここでは,ダイオードとトランジスタへ具体的なデバイス・モデルを与えてシミュレーションし, 図3 の理想モデルの結果と比較します. 図1 のダイオードとトランジスタへ具体的なデバイス・モデルを指定する例として,次の「」ステートメントに変更します.このデバイス・モデルはLTspiceのEducationalフォルダにある「」中で使用しているものです.
DASS01に組み込むAnalog VCOを作りたいと思います。例によって一番簡単そうな回路を使います。OPAMPを使ったヒステリシス付きコンパレーターと積分器の組み合わせで、入力電圧(CV)に比例した周波数の矩形波と三角波を出力するものです。 参考 新日本無線の「 オペアンプの応用回路例集 」の「電圧制御発振器(VCO)」 トランジスタ技術2015年8月号 特集・第4章「ラックマウント型モジュラ・アナログ・シンセサイザ」のVCO 「Melodic Testbench」さんの「 VCO Theory 」 シミューレーション回路図 U1周りが積分器、U2周りがヒステリシス付きコンパレーターです。U2まわりはコンパレーターなので、出力はHまたはLになり、Q1をスイッチングします。Q1のOn/OffでU1周りの積分器の充放電をコントロールします。 過渡解析 CVを1V~5Vで1V刻みでパラメータ解析しました。出力周波数は100Hz~245Hz程度になっています。 三角波出力(TRI_OUT)は5. 1V~6.
■問題 IC内部回路 ― 上級 図1 は,電圧制御発振器IC(MC1648)を固定周波数で動作させる発振器の回路です.ICの内部回路(青色で囲った部分)は,トランジスタ・レベルで表しています.周辺回路は,コイル(L 1)とコンデンサ(C 1 ,C 2 ,C 3)で構成され,V 1 が電圧源,OUTが発振器の出力となります. 図1 の発振周波数は,周辺回路のコイルとコンデンサからなる共振回路で決まります.発振周波数を表す式として正しいのは(a)~(d)のどれでしょうか. 図1 MC1648を使った固定周波数の発振器 (a) (b) (c) (d) (a)の式 (b)の式 (c)の式 (d)の式 ■ヒント 図1 は,正帰還となるコイルとコンデンサの共振回路で発振周波数が決まります. (a)~(d)の式中にあるL 1 ,C 2 ,C 3 の,どの素子が内部回路との間で正帰還になるかを検討すると分かります. ■解答 (a)の式 周辺回路のL 1 ,C 2 ,C 3 は,Bias端子とTank端子に繋がっているので,発振に関係しそうな内部回路を絞ると, 「Q 11 ,D 2 ,D 3 ,R 9 ,R 12 からなる回路」と, 「Q 6 とQ 7 の差動アンプ」になります. まず,Q 11 ,D 2 ,D 3 ,R 9 ,R 12 で構成される回路を見ると,Bias端子の電圧は「V Bias =V D2 +V D3 =約1. 4V」となり,直流電圧を生成するバイアス回路の働きであるのが分かります.「V Bias =V D2 +V D3 =約1. 4V」のV D2 がダイオード(D 2)の順方向電圧,V D3 がダイオード(D 3)の順方向電圧です.Bias端子とGND間に繋がるC 2 の役割は,Bias端子の電圧を安定にするコンデンサであり,共振回路とは関係がありません.これより,正解は,C 2 の項がある(c)と(d)の式ではありません. 次に,Q 6 とQ 7 の差動アンプを見てみます.Q 6 のベースとQ 7 のコレクタは接続しているので,Q 6 のベースから見るとQ 7 のベース・コレクタ間にあるL 1 とC 3 の並列共振回路が正帰還となります.正帰還に並列共振回路があると,共振周波数で発振します.共振したときは式1の関係となります. ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) 式1を整理すると式2になります.
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ゲレンデランキング ‐ スキー場情報サイト Surf&Amp;Snow
C~48km(約75分)/上信越道・長野I. C~51km(約75分) 【電車】白馬駅よりバスで約10分/長野駅よりバスで約70分 白馬八方尾根スキー場情報&ツアーはこちら 東北エリア グランデコスノーリゾート(福島) ボトムの標高が1, 010mと高いため、ロングシーズンで良質な雪が楽しめます。ゴンドラ利用で一気に山頂へアクセス可能。ゴンドラの到着地から続く初心者向けのロングコースは最長滑走距離3, 500m、初心者でも山頂からのロングコースを滑ることができます。キッズパークも充実しており、ファミリーにもおすすめです。 ゲレンデ情報 【標高】トップ1, 590m/ボトム1, 010m 【コース数】13本 【リフト数】5本(ゴンドラ1基) 【最長滑走距離】4, 500m アクセス情報 【車】磐越道・猪苗代磐梯高原I. C~24km(約35分) 【電車】猪苗代駅より無料送迎バスで約45分 グランデコスノーリゾート情報&ツアーはこちら 蔵王温泉スキー場(山形) 樹氷原と温泉で有名な蔵王温泉は、積雪量が豊富でロングシーズン滑走が楽しめるスキー場です。樹氷のシーズンは3月上旬までですが、ゲレンデのコース数・リフト本数ともに多く4月もたっぷり滑ることができます。ゴンドラ・ロープウェイの数も多いため、山頂までのアクセスが良いことも魅力。麓の雪が減り、近くの蔵王温泉街も観光しやすくなりますよ。 ゲレンデ情報 【標高】トップ1, 660m/ボトム780m 【コース数】26本 【リフト数】36本(ロープウェイ3基・ゴンドラ1基) 【最長滑走距離】9, 000m アクセス情報 【車】山形道・山形蔵王I. C~17km(約25分) 【電車】山形駅よりバスで約45分 蔵王温泉スキー場情報&ツアーはこちら いかがでしたでしょうか?雪が少ない暖冬のシーズンでもたっぷり滑れるゲレンデをご紹介しました。 さらに3月後半から5月にかけての春スキーはぽかぽか陽気で気持ち良く滑走ができますよ。一方で朝は固め、昼は雪が解けて柔らかいシャバシャバの雪になったりと時間や天候によってゲレンデの状態が大きく変化します。コースのオープン状況も日々変化するので、春スキー・スノボの時期はぜひ事前にゲレンデの様子をチェックしていくことをおすすめします。ロングシーズン営業しているスキー場で、残りのスキー・スノボシーズンをぎりぎりまで楽しんでください
C~20km(約25分) 【電車】飯山駅からバスで約25分 野沢温泉スキー場情報&ツアーはこちら 関越エリア 苗場スキー場(新潟) 初~上級者コースがバランスよくレイアウトされており、レベル問わずさまざまなコースを楽しめます。子ども向けのレッスンやキッズパークが充実、苗場プリンスホテルとも隣接しており、ファミリーも安心して利用できます。 ゲレンデ情報 【標高】トップ1, 789m/ボトム900m 【コース数】21本 【リフト数】12本(ゴンドラ3基) 【最長滑走距離】4, 000m アクセス情報 【車】関越道・月夜野I. C~33km(約50分)/関越道・湯沢I. C~21km(約30分) 【電車】越後湯沢駅よりバスで約50分 苗場スキー場情報&ツアーはこちら かぐらスキー場(新潟) 春スキーの王様といわれるかぐらは、11月~5月下旬までの約6ヵ月間ゲレンデがオープンしている超ロングシーズンのスキー場です。ロープウェイ2基、ゴンドラ1基を備えているため、標高の高い山頂付近までアクセスらくらく。エリアによってレベルやコースの特徴も異なるので、宿泊でたっぷり周ることをおすすめします。 ゲレンデ情報 【標高】トップ1, 845m/ボトム620m 【コース数】23本 【リフト数】19本(ゴンドラ1基・ロープウェイ2基) 【最長滑走距離】6, 000m アクセス情報 【車】関越道・湯沢I. C~8km(約10分) 【電車】越後湯沢駅より有料送迎バスで約20分またはタクシーで約15分 かぐらスキー場情報&ツアーはこちら 丸沼高原スキー場(群馬) トップ2, 000m、ボトム1, 400mとゲレンデ全体の標高が高く、ロングシーズンで良質な雪が楽しめます。ゴンドラ利用で山頂まで一気にアクセス可能、4, 000mのロングコースが何度も滑走できます。中・上級者向けコースが充実しており、オレンジコース内にある全長1, 300mのスノーパークも滑りごたえのあるコースが揃っています。 ゲレンデ情報 【標高】トップ2, 000m/ボトム1, 400m 【コース数】13本 【リフト数】9本(ゴンドラ1基) 【最長滑走距離】4, 000m アクセス情報 【車】関越道・沼田I. C~37. 2km(約50分) 【電車】沼田駅よりバスとタクシーで約75分 丸沼高原スキー場情報&ツアーはこちら 神立スノーリゾート(新潟) ゲレンデが北東向きになっているため、積雪量が多く雪質が良いことが特徴です。標高差も540mあり、最長3, 500mで緩傾斜のロングコースが楽しめます。中・上級者向けのコースが豊富で、パウダーエリアも備えています。ICから約5分というアクセスの良さも魅力です。 ゲレンデ情報 【標高】トップ1, 000m/ボトム460m 【コース数】16本 【リフト数】6本 【最長滑走距離】3, 500m アクセス情報 【車】関越道・湯沢I.