水晶／セラミック発振回路の帰還抵抗

質問

例えば、水晶発振回路においての帰還抵抗帰還抵抗Rfについて調べていると、
下記の(1),(2)に辿りつきました。
その(2)の回路設計のA2において、
「この抵抗を接続すると動作点がVdd/2付近に自己バイアスされます。」と書かれています。

ここでいう自己バイアスとは何のことなのか、
また、Vdd/2はどこから出てきた値なのか。
ご存知の方ご教授願います。
よろしくお願いします。

(1)
http://www.kyocera.co.jp/prdct/electro/product/xtalintro/osc.html
クロック用水晶発振器（SPXO)の回路図

(2)
http://www.kyocera.co.jp/prdct/electro/product/timing/xtal_faq.html#02

回答No.3

bogen555 · ベストアンサー

「バイアス(bias:英和辞典で確認してね)電圧」は日本語で「偏倚（ヘンイと読む）電圧」と呼びます。
電子回路を正常に動作させるように、内部の直流電圧を適当なところに設定することを言います。
「自己バイアス」とは、「自分自身」でバイアス電圧を適当なところに設定することを言います。
ここが参考になるんじゃないでしょうか？
http://www.kairo-nyumon.com/analog_basic.html

後注意するのは、帰還抵抗の入力換算（インバータの入力端子とグラウンド間に入るとしたときの抵抗値）はミラー効果で利得分の一になるから、メーカー推奨値（数MHzで1MΩ、低周波で10～22MΩ）にして、小さくしないことです。

ついでに、EDN/EE Timesのサイトに「水晶デバイス基礎講座」がありました。
http://www.itmedia.co.jp/keywords/ee_crystal_abc.html
専門家がシロート向けに優しく書いているからとりあえず読んでみたらどうでしょうか？
同サイトにはこんな感じで専門家が初心者にも対応してくれるBBSがありますね。
http://bbs.ednjapan.com/ADI/index.php?bid=4&v=1349008852WTSxwF

回答No.2

tadys

示されている回路はロジック回路（又はロジック回路と相似のアナログ回路）を使用したものですね。

バイアスとは回路を目的とする動作で使う為に与える直流電圧です。
自己バイアスと言うのはこのバイアス電圧を自分自身の出力から作っているのでそう呼ばれます。

この自己バイアスの電圧は次のように決まります。
入力電圧を０から上げていくと出力電圧はVddから下がって来ます。
この時、入力電圧と出力電圧が等しくなる点が有ります。
それが自己バイアスの動作点になります。
発振に使用するインバータ回路ではこの電圧がVdd/2付近になる様に作られています。
別のタイプのロジックICではVdd/2にならない事も有ります。

Vdd/2付近になるのは、この回路が直流に対して１００％の負帰還になっている事に有ります。
付近と言うのは回路のばらつきによって多少の変化が起きるからです。

回答No.1

xpopo

インバータの内部等価回路を添付図(a)および(b)の点線の三角で囲んだ部分に示します。

まず、図の(a)では入力に電圧源V1を入力IN_1に接続してV1の電圧、すなわち入力IN_1の電圧を0Vから5v（VDD)まで変化させます。その結果が回路図の下のグラフに示されてます。
　グラフの横軸は入力電圧IN_１を、縦軸は出力電圧を示してます。出力V(out_1)は入力が低いところでは5Vに張り付いてますが2.2Vくらいを超えると下がり始め2.4Vあたりを越えると急峻に下がり始め2.6Vあたりで0.3Vくらいまで下がります。入力がさらに上昇すると2.8Vあたりを超えると出力は０V一定となっています。この特性はまさに反転増幅器の特性です。
　出力が５Vから０Vに変化する入力電圧の中心は約2.5V辺りにあるのが分かると思います。この電圧が反転増幅器の基準電圧となります。
　ここで、回路図（ｂ）に示すように入力の電圧源を外して入力と出力間に抵抗Rf（１MΩ）を接続します。その結果の出力電圧はその下のグラフにV(out_2)で示されています。グラフから分かるように電圧は２．５Vで安定してます。この電圧は電源５Vのちょうど半分にあたります。即ちVDD/2の電圧ということです。