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VCOの特性について教えて下さい。
例えば5mWのVCOを500Ωの抵抗に繋いだとき、5MΩの抵抗に繋いだとき、 何の抵抗に繋がずにオシロで測定したとき、 それぞれの場合において得られる電圧値はどうやって求められるのでしょうか？ 単にP=I^2Rの式にRとPを代入してIとVを求めるだけなのでしょうか？ よろしくお願い致します。
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tanceです。 振幅計算は、最初の質問にあった5mW出力というところから計算した ものです。VCOの出力インピーダンスが50Ωだとしています。 そこに負荷として50Ωの純抵抗をつないで、その50Ωに5mW得られる ものとしています。負荷端の電圧で言うと、√(5m * 50) = 0.5 なので、負荷端電圧振幅は 500mVrmsです。 信号源インピーダンス（VCOの出力インピーダンス）と負荷が同じ値 なのでそこで電圧振幅は半分になります。ということは、VCOの元電圧 は500mVrmsの倍の1Vrms出ているはずです。 そこで、負荷として500Ωつけると、1Vは少し減衰し、 1V * 500Ω / (500Ω + 50Ω） = 0.909V (rms省略表記）になります。 500Ωが消費する電力は、 0.909^2 / 500 = 1.65m (W) となります。 ＞1MΩのような低負荷では電力は非常に微少になってしまうため、 電流値はかなり小さな値になるのでしょうか？ そのとおりです。 「低負荷」という表現は低抵抗負荷と紛らわしいので避けた方が良い ですよ。私は「軽負荷」が解りやすいと思います。 負荷を1MΩにすると、電圧はほとんど1Vrmsのまま加わりますから 1MΩに流れる電流は １Vrms / 1MΩ = 1μArms となります。 電力は前記の式で計算すると 1 μWとなります。 以上、単純にオームの法則で計算しています。実際は純抵抗以外に リアクタンスが存在するので、この計算からはずれてきます。 リアクタンスの値によっては上記の計算とは似ても似つかない結果に なることもあります。 また、400MHzで1MΩという抵抗が議論されること自体が「異様」です。 もし、この抵抗に並列に寄生容量があって、その容量のリアクタンスも 1MΩになっていたとしましょう。もはや1MΩの抵抗は1MΩとは言えない 状態です。このようになる寄生容量とはどのくらいの値なのでしょう。 計算すると 0.0004pF となります。おそらく普通に配線したら数pFの 寄生容量が発生してもおかしくありません。0.0004pFが如何に小さい 容量かがお解りかと思います。 このくらいの寄生容量はそこいらじゅうに必ずあります。だから純粋に 1MΩなどという値は机上の空論に見えるのです。（1MΩよりも寄生 容量の方を気にしなくてはならない） 400MHzでは寄生リアクタンスを無視できませんので、きちんと インピーダンスを計って、何が起きているかをしっかり把握する 必要があります。（20mVしか出ていないのも何かその類の問題では ないでしょうか） ネットワークアナライザでSパラメータを計ることはできますか？
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- tance
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tanceです。 POS-535+ のデータシートには確かに50Ωとは書いてないですね。 これはかえって不思議です。でもおそらく50Ω負荷のときのデータ のはずです。一応メーカに確認しておいた方が良いですよ。 電圧が大きい方が良いのであればインピーダンスマッチングを無視して 無負荷に近い状態で使うのが一番大きな電圧振幅を得られるやりかた ですが、その電圧を受け取るところが複数あったりするとVSWR（電圧 定在波比）が悪いために場所により得られる振幅が小さくなることが あります。インピーダンスマッチングができていないとVSWRが悪化 するからです。 400MHz付近で使うことが決まっているのでしたらVCOから負荷までの 距離（伝送線路長）を数cm以下にできればVSWRが悪くても大きな振幅が 得られます。 データシーでは+8.8dBmが得られることになっているので1.8Vpp弱の 振幅が出ているはずです。それが20mVppというのはおかしいですね。 このようなことがあるとすると、400MHzにふさわしい配線になって いないなどの寄生リアクタンスがあるのではないでしょうか。 （この疑問はある意味で失礼な話です。よくあることなのでそう思った 訳ですが、高周波の配線に関する注意をきちんとされているのでしたら ご容赦ください） 負荷が50Ωからはずれると、負荷抵抗が大きくても小さくても負荷に 与えられる電力が減ってしまうということを述べましたが、これは 負荷電力の話です。負荷が軽いと電流が少ないので電力も小さくなる という訳です。しかし、電圧はあくまでも抵抗分割になるので、軽負荷 では大きな電圧が得られます。 従って、1MΩに500mVppというのは不可能ではありません。逆に1MΩに 5mWというのは不可能です。
- tance
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tanceです。 何か勘違いをされているようですね。 ＞・・・50Ω以上の負荷に対してはVCOは使用出来ないということになるのですが・・ 50Ω以上の負荷ということは、「より軽い負荷」という意味ですが、 負荷が軽いと使用できないということはありません。インピーダンス マッチングを重視するのであれば確かに50Ωからずれた負荷は軽くても 重くてもよろしくありません。そのような意味でおっしゃったので しょうか。 どのようなVCOをお使いかわかりませんが、ものによっては出力インピー ダンスが低いものもあります。そのようなケースでは、以前の回答でも おことわりしたように、数字が違ってきます。 ＞・・オシロの入力インピーダンスのせいで見えない・・ これも、何故このように思われるかが解りません。どのように勘違い されているかが想像できません。オシロの入力インピーダンスは ほとんどの回路に対して「軽い負荷」と言えます。 ＞・・最大出力を得たい場合には、出来るだけ負荷は小さい方が良い・・ 負荷が小さいという意味は「軽い」という意味でしょうか、それとも 「抵抗値が小さい」という意味でしょうか。抵抗値が小さい負荷という ことは「重い負荷」ということも意味します。 「軽い負荷」と言っているのは、何もつながない状態に近いという 意味です。 以上は、数GHz以上の高い周波数だったり、周波数は低くても電流源に 関するものだったりすると、話が違ってきます。 いずれにしても、もう少し下記の点を具体的にしていただけないで しょうか。 １．VCOの周波数（範囲） ２．50Ω系のVCOでしょうか。 ３．50Ωの出力インピーダンスの機器に50Ω以上の負荷をつなげないと 言われる理由 ４．実際にオシロで波形を見られたのでしょうか。 ５．オシロの入力インピーダンスのせいで見えない・・・の意味。 おそらく、上記の問いにお答えいただければ、何をどう説明すればよい のかが解ってくると思います。
お礼
ありがとうございます。 申し訳ありません。負荷が重い→抵抗値が高いものと勘違いしていました。 そこを読み替えて上の質問内容をお読みになって下さい。 １．400MHz前後で考えています。基本的に固定でいこうと考えています。 ２．http://www.minicircuits.com/pdfs/POS-535+.pdf 第１候補として、これを使おうと考えていますが、インピーダンスが書かれていません。 ３．出来るだけ最大出力での使用を考えているのですが、50Ωよりも抵抗値が大きい（負荷が小さい）と 上で教えて頂いたように出力が小さくなってしまうようなので、例えば1MΩの抵抗に対して500mVppとかの 電圧をかけようとしても不可能だということなのでしょうか？ ４．実際にオシロで見てみたのですが、20mVppほどしか出ていませんでした。 ５．自分でもよく分かっていません。もう一度よく考えてみます。 何卒よろしくお願い致します。
- tance
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通常は5mWのVCOというと、規定の負荷に5mWの信号を与えることのできる VCOを指します。この「規定の負荷」は多くの場合50Ωです。 また、普通はVCOの内部抵抗（出力インピーダンス）も50Ωです。 VCOの内部では1Vrmsの振幅が出ていて、50Ωの負荷では半分の0.5Vrms になっているとするとちょうど5mWになります。 だとするとMΩのオーダーの負荷では実質上無負荷ですから、元の振幅 1Vrmsが出力されるでしょう。このとき負荷抵抗は無限大に近いMΩの オーダーなので、電力はほぼ０です。（電流がほぼ０だから） 負荷が500Ωだと、電圧は909mVrmsになります。電力は1,65mWくらいです。 以上は50Ω系の「通常」の話です。75Ω系だったり、600Ω系だったり それともまったく別の仕様だとすると、上記の数字は違ってきます。 このように、元電圧が一定、と考えます。負荷によらず一定の電力を 出力する機器はめったにないと思ってください。
お礼
非常に詳細な回答をありがとうございます。 もう少し気になっている点をお聞きしてもよろしいでしょうか？ ・「普通はVCOの内部抵抗（出力インピーダンス）も50Ωです」というのは、本当なのでしょうか？これが本当だとすると、50Ω以上の負荷に対してはVCOは使用出来ないということになるのですが・・ また、スペック表にも出力インピーダンスは書かれていないようなのですが・・ ・それと、VCOから正常に電圧が出力されているかどうか調べるためには、どうするべきでしょうか？普通にオシロを接続したのでは、オシロの入力インピーダンスのせいで見えないと思うのですが、この場合、低い抵抗の負荷を繋いだ状態でオシロで測定する必要があるということなのでしょうか？ ・そしてVCOの最大出力を得たい場合には、出来るだけ負荷は小さい方が良いということなのでしょうか？ お願い致します。
お礼
ありがとうございます。 もう２点だけよろしいでしょうか？ 負荷が500Ωだと、電圧は909mVrmsになります。電力は1,65mW の部分の計算の仕方が分かりません。 どういう計算によって求めているのでしょうか？ 1MΩに500mVppというのは不可能ではありません と仰られていますが、1MΩのような低負荷では電力は非常に微少になってしまうため、 電流値はかなり小さな値になるのでしょうか？ このへんの具体的な計算の仕方について教えて下さい。 何卒よろしくお願い致します。