パルス波 発振器について

質問

装置のテストのために下記の内容でパルス波発振器を作成したいと考えてます。
（パルス幅50ms、パルス振幅5mV～100mVまで可変、周波数0.5Hz～2Hz程度で可変）
webサイトや市販のキットなど検索したのですが、知識不足もあって回路がうまく構成できません。
どなたか具体的な回路構成をご教授下さい。よろしくお願いします。
（できればアナログ、単電源で作成、必要部品も最小限で構成したいと思っています。）

回答No.2

inara1 · ベストアンサー

基本的には ANo.1 さんの回路で実現できます。
ちょっと複雑になりますが、タイマICを2個使うと、周波数とパルス幅を別々に調整でき、信号を反転する必要もなくなります。添付図はその回路図と出力波形の例です。これは単電源でアナログ回路ですが部品点数がちょっと多いです。

可変抵抗 VR1 を調整することで周波数を 0.3Hz～13Hz、VR2 を調整することでパルス幅を 1.1ms ～ 110ms の範囲で、それぞれ別々に調整できます。スタートスイッチが必要かどうかわかりませんが、スイッチを OFF にしている間はパルスは出力されず、スイッチ ON の瞬間からパルスが出力されます。

VR3 と VR4 は出力の振幅を調整するものです。VR3 だけだと、出力電圧の小さいところ（10mV未満）の調整が難しい（少し回しただけで振幅が大きく変わる）ので、その部分での微調整用に VR4 を入れています。VR3 を回しきって出力電圧を最小にしておいて、VR4 を調整すれば、1mV ～ 10mV 程度の範囲で出力電圧を微調整できます。微調整が不要（10mV未満は使わない）のなら、VR4 の部分は短絡してもいいです。

この回路の出力インピーダンスは R8 の 51Ωになります。通常の信号発生器はこれくらいなので問題ないと思いますが、低抵抗（1kΩ未満）の負荷を接続すると振幅が落ちますので注意してください。

添付回路では電源電圧を 5V としていますが、出力電圧は電源電圧に比例するので、電源は安定化されたノイズの少ないものを使ってください。タイマIC（LMC555）は電源電圧が 2V から 12V の範囲で動作するので、この範囲の電源電圧なら動作しますが、電源電圧に応じて出力電圧が変化するので、電源電圧を変えるときは、所望の出力電圧範囲になるように、VR3、VR4、R7 の値を変える必要があるかもしれません。電源電圧を Vcc (V) としたとき、出力電圧 Vout (V) は次式で計算できます。抵抗の単位は Ω か kΩ に統一してください。
　　　Vout = Vcc*R8/( VR3 + VR4 + R7 + R8 )
VR3 と VR4 の値を可変抵抗の最大抵抗値としたときの Vout が最大電圧になります。
VR3 と VR4 を絞りきったとき（ VR3 = 0、VR4 = 0 のとき ）
　　　Vout = Vcc*R8/( R7 + R8 )
が最低出力電圧になります。

パルス周期 T は次式で計算できます。抵抗の単位を Ω、コンデンサの容量の単位を F としたとき、T の単位は秒になります。
　　　T = 0.693*C2*( R2 + R3 + VR1 )
パルス幅 tw の計算式は次式で計算できます。抵抗の単位を Ω、コンデンサの容量の単位を F としたとき、tw の単位は秒になります。
　　　tw = 1.1*C5*( R6 + VR2 )

添付図の波形は2番目のタイマICの出力波形の例（回路シミュレータの結果）です。この回路では、タイマICの特性上、スタートスイッチを ON にした瞬間に出るパルスと2番目のパルスのパルス間隔だけ、後のパルス列の間隔の2倍近くになってしまいます。上のパルス周期の計算式は、2番目以降のパルス間隔です。

C2 と C5 のコンデンサに電解コンデンサを使うときは極性（±）に注意してください。C1、C3、C4 は積層セラミックコンデンサ（極性はない）を使ってください。この回路はブレッドボードで充分動作するので、まず、ブレッドボードで動作確認するといいと思います。添付図の可変抵抗の端子配置図の通りに配線すると、可変抵抗を右に回したときに、パルス間隔とパルス幅と出力電圧が大きくなる方向に変化します。変化の方向を逆にしたいときには、1 と 3 の端子の配線を入れ替えてください。

ブレッドボードと関連商品　http://akizukidenshi.com/catalog/c/cbread/
タイマIC LMC555（5個100円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00958/
積層セラミックコンデンサ　http://akizukidenshi.com/catalog/c/ccap3/
電解コンデンサ　http://akizukidenshi.com/catalog/c/cchemicon/

お礼

お礼が遅くなり申し訳ありません。　
回路図やシミレーション等、非常に詳しく説明していただいて、ありがとうございます。

＞スタートスイッチが必要かどうかわかりませんが、
不要です。
＞スタートスイッチを ON にした瞬間に出るパルスと2番目のパルスのパルス間隔だけ、後のパルス列の間隔の2倍近くになってしまいます。
問題ないです。

手持ちのパーツで組めそうなので早速、ブレッドボードで確認したいと思います。
ありがとうございました。

回答No.3

inara1

ANo2 で誤りがありましたので訂正します。
【誤】　VR3 と VR4 の値を可変抵抗の最大抵抗値としたときの Vout が最大電圧になります。
VR3 と VR4 を絞りきったとき（ VR3 = 0、VR4 = 0 のとき ）
　　　Vout = Vcc*R8/( R7 + R8 )
が最低出力電圧になります。
【正】　VR3 と VR4 の値を可変抵抗の最大抵抗値としたときの Vout が最小電圧になります。
VR3 = 0、VR4 = 0 のとき
　　　Vout = Vcc*R8/( R7 + R8 )
が最大出力電圧になります。

回答No.1

P0O9I

簡単にはNE555で発振させ、反転、抵抗分割で5mV～100mVを作るのが良いかと思われます。

具体的には
http://www.rlc.gr.jp/prototype/hashin/n555/n555.htm

を参考にパルス幅50msはＴ２の計算式で得、0.5Hz～2Hz＝2000ms～500msと50msの差1950ms～450msをＴ１の計算式で得るようにし、RAの一部に可変抵抗を入れます。
このままだと負パルスになるので、CMOSインバータ等で反転させます。
電源電圧が５Ｖなら、出力電圧も５Ｖになるので、固定抵抗の後に可変抵抗を入れることで0mV～100mVを出力するようにできます。例えば4.9ＫΩ固定抵抗の後に100Ωの可変抵抗を入れれば良いわけです。

補足

ありがとうございます。
T1で周期、T2でパルス幅を計算、出力を反転すればいいのですね。
（T1でパルス幅、T2で周期を計算していたため、パルス周期、パルス幅が出力条件にあいませんでした。）
申し訳ないのですが、位相反転スイッチは具体的にどのような回路にすれば良いのかご教授頂けたらありがたいです。