デューティーサイクルの変更

質問

入力波（矩形波）のデューティーサイクルの比率（５０％から９０％等）を変更する電子回路って何かありますか？

検索してもPWMやチップの情報ばかりで回路の話は出てこないので・・・もしかしたら存在しないかもしれませんが実際はどうですか？

回答No.4

inara · ベストアンサー

周波数が固定なら、資料 [1] にあるように、タイマーIC（555) やロジックIC (123) を使った単安定マルチバイブレータ（ワンショット）を使うのが簡単です。

タイマーICを使う場合、資料 [1] の図 (a) は勝手に矩形波を出しますが、(b) のほうは、2pin のトリガ入力が 0V に落ちたタイミングで、3pin のタイマ出力に幅 tw のパルスが１個だけ出ますので、ここに矩形波を入れます。出力のパルス幅は tw = 1.1*Cx*Rx で計算できます [2]。トリガ入力に周波数 f [Hz] の矩形波を入れたとき、その周期は T = 1/f [s] なので duty は 1.1*Cx*Rx/T = 1.1*Cx*Rx*f となります。f = 40 Hz、Cx = 0.1μF なら、Rx = 2.27 kΩで duty 1%、Rx = 227 kΩ で duty 100% となります。Rx を可変抵抗とすればduty を変えられますが、Rx をゼロにすると ICや可変抵抗の接点 に過大電流が流れるので、Rx の最小値は 1kΩ以上としてください（このときの duty は0.0044 )。例えば Rx を以下のようにすれば可変抵抗 VR を回すことで、duty を 0.0044( 0.44% ) から 1( 100% ) まで可変できます。

　　─┬─ 250kΩ可変抵抗 ─── 1kΩ ───
　　　 │　　　　 ↑
　　　 └───┘
　　【 250kΩの可変抵抗を使った場合】

　　　―┬─── 470kΩ ───┬─ 1kΩ ─
　　　　 ├─ 500kΩ可変抵抗 ─┘
　　　 　│　　　　 ↑
　　　 　└───┘
　　【 500kΩの可変抵抗を使った場合】

ロジックICを使う場合、クロック入力に同期したパルスが Q と Q￣ に出てきます。CMOSロジックの74HC123Aの場合、出力のパルス幅は tw = 1.0*C*R となります[3]。パルス幅を変える方法は上と同じです。

資料 [1] の回路では、出力パルスの電圧は一定ですので、矩形波の振幅とオフセットを変えたい場合は、以下のような OPアンプ回路をつけるといいでしょう。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　┌─┐
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　振幅調整　↓　 │
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　┌─ R2 ─┤　　　　 ┌─ R4 ─┐
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 │　Vcc　　│　　　　 │　Vcc　 　│
　　可変パルス幅　　　　　　　　　　　　 │┏┷━┓│　　　　│┏┷━┓│
　　発生器( 0～5V ) → Vin ─ R1 ─┴┨-　　┠┴─ R3 ┴┨-　　┠┴── Vout
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　┌┨+　　┃　　　　　 ┌┨+　　┃
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　│┗┯━┛　　　　　 │┗┯━┛
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　┷　 ┷　　　　　　　　 ↓　 ┷
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　GND (0V)　　　　┌─ R5 ─ R6 ─ Vcc (12V)
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ┷　オフセット調整

　　R1 = R3 = R4 = 10kΩ、R2 = R5 = 10kΩ（可変抵抗）、R6 = 33kΩ

この回路に電圧 Vin の信号を入れたとき、出力電圧 Vout は
　　　Vout = x*( R2*R4 )/( R1*R3 )*Vin + y*( 1 + R4/R3 )*R5/( R5 + R6 )*Vcc
となります。x は可変抵抗 R2 の位置（ 0≦x≦1 )、y は可変抵抗 R5 の位置（ 0≦y≦1 ) です。R1 = R3 = R4 = 10kΩ、R2 = R5 = 10kΩ とすれば ( R2*R4 )/( R1*R3 ) = 1 なので、x = 0 ののとき Voutの振幅はゼロ、x = 1のときVoutの振幅はVin と等しくなります。y を変えると Voutに重畳するオフセット電圧が変わります。R4/R3 = 1、R6 = 33kΩなら、オフセット電圧は 0 から 0.465*Vcc ( Vcc = 12V なら 5.58V ) まで変えられます。この回路では振幅とオフセットを独立に調整できます。OPアンプは単電源で、GNDまで出力可能で、２回路入りの LM358 [4] がいいかと思います。

[1]　555 と 123を使った単安定マルチバイブレータ　http://www.cqpub.co.jp/toragi/TRBN/trsample/2004/tr0401/0401sp2.pdf
[2]　LMC555データシート( PDFファイル5ページの FIGURE1 )　http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LMC555.pdf
[3]　74HC123Aのデータシート（ PDFファイル5ページの(2) )　http://www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datasheet/ja/LogicIC/TC74HC123AF_TC74HC123AP_ja_datasheet_060201.pdf
[4]　LM358データシート　http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LM358.pdf

お礼

いつも、ご丁寧に教えて頂き本当にありがとうございます。
感謝の気持ちでいっぱいです。
早速、教えて下さった通りに設計して見ます。

回答No.5

miran_2006

74HC14の手前に簡単なCRを付ければディユーティ変換できますよ。
CRの値はCR時定数とスレシホールドレベルから自分で計算してください。

お礼

どうもありがとうございます。
皆様から教えて貰った方法を全て試して一番良い方法を活用したいと思います。

回答No.3

inara

入力矩形波の周波数が固定なら
　　(1)　可変遅延回路（受動CR積分器）の出力との AND や OR をとる
　　(2)　積分回路で矩形波を三角波に変換して、コンパレータの - 入力に入れ、コンパレータの + 入力のDC電圧を変える
というのがありますが、周波数が変わっても一定の duty が必要なら、(2) の回路で、積分器の出力（三角波）の振幅を一定にする回路を入れれば原理的には可能です。が、周波数や信号レベルによっては難しいので、入力の振幅と周波数範囲、利用可能な電源電圧を教えてください。

補足

はい・・・入力波は今の段階では固定です。
ファンクションジェネレーターでSINE　WAVEを回路に入力して矩形波を出力していますがサイクル事態はオシロスコープで計測したら48％です。
電源はオペアンプに12Vの電圧を入力して入力波のSINE　WAVEには10Vで、出力は５Vのオフセットで最大５Vで最小０．６Vです。
周波数は４０Hｚにセットしています。（周波数は１～５０Hｚしか使えないようになっています。）

回答No.2

noname#69877

例えばNJM4151の
http://akizukidenshi.com/pdf/jrc/njm4151.pdf#search='njm4151'
第１図のようなワンショット動作をする回路をつくって、
Ioを可変にすればデューティーが可変にできると思います。

参考URL：

http://akizukidenshi.com/pdf/jrc/njm4151.pdf#search='njm4151'

お礼

アドバイスありがとうございます。
その方法もオプションの一つとして使ってみます。

回答No.1

shintaro-2

双安定マルチバイブレータのCRを変えるとか、
周期の異なる矩形波のORを採るとかありますけど。

お礼

アドバイスありがとうございます。
マルチバイブレータの事に関して殆ど知りませんので、
本等を使って調べて見ます。