Microsoft PowerPoint - アナログ電子回路12回目.pptx

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1 - 発振とは どのような現象か? - アナログ電 回路 理 学部 材料機能 学科岩 素顕 iwaya@meijo-u.ac.jp 発振回路 を いた 発振回路について理解する 晶振動 を いた 晶発振回路の原理を理解する 発振 ( 意味 ): 持続的振動を発 すること 発振回路 : 直流電源から持続した交流を作る電気回路 近な発振現象 ハウリング 発振とはどのような現象か? -3 発振とは どのような現象か? 近な発振現象 ハウリング -4 光の発振現象を利 した例 マイク 増幅器 ガスレーザ レーザ加 機 スピーカ量周波数 フィードバック きくなる の周波数スペクトル 量特定の周波数成分がどんどん 半導体レーザ 半導体レーザを いた医療応 フィードバック = 帰還

2 レーザの原理 レーザとは 光の発振器 光の正帰還回路 光増幅媒体 鏡 レーザー 特定の波 の光のみが発振する 光強度 [a.u.] RT, Pulse Duty.% 35.9 ma ma 波長 [nm] レーザの発光スペクトル 発光ダイオードの発光スペクトル -5 発振回路を実現するための条件 V BB 電気信号を増幅すること 増幅回路を適 正のフィードバックが必要 フィードバックした信号の位相が 致することが必要 R B R A I B R V BE RE IA I V E V v(ivm) ircuit3-transient-3-graph Time (s)..u 4.u 6.u 8.u.m.m.4m.6m.8m 位相が8 ずれる TIME u v(ivm) 9.996m v(ivm) 869.5m D(TIME). D(v(IVm)). 抵抗を いた負帰還増幅回路の場合 出 電圧を 側に戻しても発振回路とはならない -6 発振回路を実現するためには 正のフィードバックが必要 フィードバックした信号の位相が 致することが必要 -7 実際の発振回路について考える -8 この つの条件を満たすための回路はどのように作製すれば良いかを考える 実際に発振回路として動作する回路 簡略化して考える

3 実際の回路を考える 発振回路にするための条件は? -9 実際の回路を考える v ~v 3 を以下のように取る - ~ は理想リアクタンスとする v v 3 v i V ~ が理想リアクタンス ~ での損失は無視 各リアクタンスにトランジスタから各素 へは電流が流れない 電流の流れは図中の通り X X X V V3 I 3 ここで I なので X X X 3 正帰還をかけるためには - 演習 : 下記の回路構成で発振回路を実現する場合 どのような回路構成があるかを書きなさい - v v v 3 位相が同じことが条件 発振させるための条件 コルピッツ発振回路 と は同じ種類のリアクタンスである また X X X 3 と および は異なるリアクタンス ハートレー発振回路

4 発振周波数はいくらになるのか? 発振する条件は コンデンサ コイルを適当に組み合わせれば良いことが分かったが 発振する周波数はどのように決めれば良いか? 成する交流の周波数を決めるのは重要 発振回路の条件 また と は同じ種類のリアクタンスである X X X 3 と および は異なるリアクタンス -3 発振周波数 コルピッツ発振回路の発振周波数を,, を いて表す X X X j j 3 j j f -4 演習 : -5 発振回路の問題点 下記の回路で = =pf とする 発振周波数を 4.5MHz にするための を求めなさい 4 5 μh f 種類キーデバイス 所短所 発振回路 晶発振回路 と 晶振動 発振周波数可変 発振周波数安定 ( -7 ) -6 発振周波数不安定 -3 発振周波数を変化できない

5 晶の歴史 -7 具体的な応 例 年 Jacques urieとpierre urie 兄弟が圧電気現象を発 ( ラジウムのキューリー夫 の息 たち ) 97 年連合軍 Uボート対策に潜 艦のソナー開発 現在では 群探査機に応 97 年最初の 晶時計開発 ( アメリカ ) 969 年セイコーが 晶発振式腕時計を発売 時計の場合 3.768kHz( 秒間に の 5 乗回振動する値 ) など 型で Hz パソコンの場合マザーボードに取り付けられたクロック ( 晶発振機 ) ectx/library/library.html 宝 としての 晶 -9 晶 - 晶の話 晶振動 の原理 圧電効果 アメジスト : 晶に微量の Fe を含むもの 晶 (SiO ) のアルカリ溶液に対する溶解度が温度により異なる ( 温で 晶が多く溶ける ) ことを利 圧 が い が溶解度が いので 圧下で う 晶 : 透明 英結晶 化学式 SiO 六 晶系結晶 晶 ローズ 晶 : ルチル系結晶が混じった 晶 晶の作製炉 晶の作製後の写真

6 晶振動 の作り - 実際の 晶振動 - 単結晶板を結晶から切り出す 晶発振 晶振動 の基本原理 : 圧電現象 -3 晶振動 の基本原理 : 圧電現象 -4 圧電とは? 電 式ライター 圧電材料 : 外部から を加えると 内部で電圧が発 する 圧電現象

7 晶振動 の動作原理 -5 晶振動 の動作原理 -6 イメージ図 ( 実際に 晶が振動しているのを で ることはできないです ) i i 晶振動 イメージ図 ( 実際に 晶が振動しているのを で ることはできないです ) 時間 振幅は減衰 周期は 定 周期 晶振動 固有 晶振動 の等価回路 -7 晶振動 のインピーダンスに関する以下の問に答えなさい r は さいので無視してある ただし =mh =.pf =5pF とする -8 () 右の回路図の 丸部分の共振周波数 (f ) を有効数字 5 桁で求めなさい r 晶振動 の電気記号 = Q r : 電極間の静電容量 r は 常に さい は 常に きい f.596[ MHz]

8 () この回路全体のインピーダンスを求めなさい -9 晶振動 のインピーダンスに関する以下の問に答えなさい r は さいので無視してある ただし =mh =.pf =5pF とする -3 Z j j j j j j (3) 回路全体の共振周波数 (f ) を有効数字 5 桁で求めなさい 回路全体のインピーダンス Z は Z j 共振するためには Z の分 = とすれば良い f.593[ MHz] インピーダンスの周波数依存性 -3 晶振動 の利 -3 f.596[ MHz] f.593[ MHz] Z j Z の虚部 -5 5 誘導性 ( と同じ ) 容量性 ( と同じ ) 周波数 ( 6 ) [Hz] 誘導性を すのは.596MHz~.593MHz だけさらに Z の虚部の きさは 常に狭い周波数において い コルピッツ発振回路 ピアス B 発振回路

9 晶振動 の利 -33 実際の発振回路 -34 4V 47 V O k 47pF ハートレー発振回路 ピアス BE 発振回路 3k 47pF 47 nf 3.9MHz 演習 -35 まとめ -36 ピアス B 発振回路において 晶振動 は誘導性として いるか 容量性として いるか? 誘導性 発振回路とは? 発振回路実現のための条件は? を いた発振回路 晶の特徴は? 晶を いた発振回路 ピアス B 晶発振回路