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発振器

発振回路

?の発振回路とは正弦波などの振動する波形を作り出す回路である。増幅回路とは異なり入力信号なしで直流電源から補給されるエネルギなどを変換し、振動波形を出力する。

この回路は図28のように増幅回路とフィルタ回路、それにわずかな非線形を持つ非線形回路を組合せて実現される。この回路はいままで述べた回路と異なり、外からの入力はない。そのかわり自身の出力を入力としている。まず図29?? のように B点から A点への接続を切った開ループの場合、

A点から $V_{in}$ を入れたときの B点での $V_{out}$ が図29???? のような関係になるように設計しておく。フィルタ回路は??のようにある周波数付近の成分を良く通すよう低周波フィルタにしておく。また非線形回路は信号振幅が大きくなると利得 ( $V_{out}の変化/V_{in}の変化$ ) が少しずつ減るようにしておき、増幅回路と合わせて�のように、信号振幅が小さくの周波数付近の成分に対してだけ利得が 1 をわずかに超えるようにしておく。

このように設計された回路で図28のように B点の出力を A点の入力へ接続してみよう。 A点に、周波数付近のわずかな信号があったとすると、その信号は利得 1 以上の回路で増幅され B点に現れ、前より大きな値になって再び A点より入力される。このように、付近の信号は、同じ回路内をぐるぐる回ることにより、段々成長していくことがわかる。しかしその周波数成分の振幅が増大していくと図29??の非線形性により利得が下がりだし、結局程度の振幅で増大化が停止する。つまりこのような回路では付近の波のみが生き残り、かつぐらいの振幅を安定に保つ。これを出力として取り出したものが発振回路である。一番最初の僅かな信号は、回路内に存在する雑音や、回路の電源を投入するときのショックなどで発生するので、ことさら外部から入れる必要はない。発振振幅が維持されるのは増幅回路中のトランジスターや FET に接続された直流電源からエネルギーが補充されるからである。実際には回路内での遅延の影響、非線形性の強さの影響など、発振回路を厳密に理解するのは容易ではないが、原理的にはここに述べた方法できれいな正弦波を得ることができる。なおこれらの 3回路が一体化された回路もしばしば用いられる。

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Yoichi OKABE 2008-02-17