矩形波の振幅

質問

矩形波を出力する発振回路を作成し，0-5Vの出力を得ました．
次に，この信号を分岐し0-3.3Vの出力（振幅を減少させたもの）を得たいのですが，単に抵抗をかませただけでは波形が大きく歪んでしまいます．

これを解決する方法についてご教授お願いします．

回答No.10

Teleskope

>>　74HC245というのは秋葉原に行けば容易に入手できるものでしょうか？ <<

　です。本当は双方向バッファでなく 74HC244 のような片方向で十分なんですが、端子配列の関係で配線がジグザグになるのと、アキバ等で 245 は置いてるが 244 は無い可能性があるゆえです。　245は CPU まわりのバス配線に使われる定番のICです。JR駅の横の小売店街で単価\120～\130のようです。　電車賃の方が高いですね。

回答No.9

dojustice

発振器の電源電圧を3.3Ｖにしたら如何ですか？
（マ、そんなことでは解決しないのでしょうね。(-_-;)）

A2です。
前回は、ご質問文だけを拝見し、状況がよくわからないままにご回答しましたが、質問者さんの書き込みを拝見して、いろんなことがわかりましたので、補足させていただきます。
（最初からこういう情報をいただいていれば、もっと適切なご回答ができたと思います）

先ず、「なぜ波形が歪むのか」についてのご説明がどなたからも入っていないので、一応この点を記載させていただきます。
（もし、質問者さんが「そんなことワカっとるわい」ということでしたら、ご容赦ください）

「5V出力を5ｋΩのＶＲで分割して、3.3Ｖを・・・」というところから、1.7ｋΩ/3.3kΩの分割比になっているものと推定します。
2mの75Ω同軸ケーブルは、約130ｐＦの容量があります。
130pFは2MHzで約620Ωになります。
ICの出力インピーダンスが0Ωとしても、この接続は「1.7kΩの出力インピーダンスを持つものに、620Ωの容量負荷と3.3kΩの抵抗負荷を並列にして受けた」とうことになります。
したがって、対象機器へ入力される電圧は、約1.7Ｖ(peak)になります。

これは正弦波が入力されたと仮定しての大雑把な計算です。
2MHzの矩形波は、より高次の周波数成分も含んでいますので、当然大きく肩がなまった波形（歪が多い）となる筈です。

この推察は、対象機器の入力インピーダンスがハイインピーダンスであると仮定しての数値です。
対象機器の入力インピーダンスがもし75Ωなら、1.7ｋΩに75Ωの負荷をつなぐわけですから、波形の崩れ方はもっとひどく、「・・・波形が大きく歪んでいます」どころではなくなると思います。

A2の書き込みを振り返ってみました。
(1)を採用すれば、特に問題ないと思います。
オペアンプのｆ特が問題で、20MHzを超える帯域幅を持つオペアンプを使用する必要があります。
電圧利得がありませんので、利得1で安定に動作するオペアンプでないといけません。
オペアンプ使用が得意ならA2の方法を、デジタル回路が得意な人はA8の方法を、といったところでしょうか。

(1)の回路は、より低インピーダンスで負荷をドライブできる、という特長があります。
しかし、値段はHC245より高いか・・・ウーン

回答No.8

Teleskope

74HC245（octal bus driver）を１個入手してください。74LS や 74F などの TTL では不可能です、CMOS に限ります。74AC245 でも可ですが 高速なので 扱いに慣れてないと難しいです。

１．製作
(1) +5V 電源と GND をしっかり配線し、電源キャパシタ（セラミック）をたっぷり付ける。波形が綺麗にできるか かなりの部分はここで決まります。
(2) 1pin を +5V に、19pin を GND に。
(3) 2,3,4,5,6,7,8,9pin を一直線に接続し、発振回路とつなぐ。
(4) 18,17,16,15,14,13,12,11pin を一直線に接続.
(5) BNC-R をすぐ近くに設置し、その GND を IC と緊密につなぐ。信号端子から 抵抗 26Ωを通じて IC の出力( 11～18pin ）へ。
(6) もし 50Ω系でなく 75Ω系だった場合（画像機器など）は、26Ωを 39Ωに変えてください。抵抗は 100Ωのトリマ抵抗でもいいです。同軸で機器につなぎ、オシロで見ながら振幅を合わせてください。

２．確認して欲しいこと。
同軸ケーブルは何Ωでしょうか。ケーブルに記号で書いてあります。読める人に訊ねてこの機会に知識を持ちましょう。どうしても分らなかったらケーブルに書いてある記号を『全部』書き写してここに書いてください。
　で、
ケーブルと機器が同じインピでない（50Ωと75Ωのように異なってる）と波形は必ず暴れます。作った回路で動かしてみて波形が暴れたら違ってる可能性大です。インピが合ったケーブルに変えるしかないです。機器の中の終端抵抗を変えるという荒技もありますが。機器は商品ですか？その部屋が作ったオリジナルですか？

３．
　74HC245 が入手に手間取る場合は、当座 74HC04 を1個まるまる使って 6 ゲート並列でも可能ですが、保証範囲をしっかり越えるので当座に限ってください。　並列駆動はFETの得意ワザです。（ バイポーラトランジスタ（ TTL ）では無理です。）　並列は同一チップ内のゲートが吉です。別々のパッケージのゲートの並列は奨められません。

４．
　発振回路からのパルスの立上がり下がりが鈍ってると並列駆動がばらけます。鈍ってる場合はゲートを通して クッキリした矩形波に仕上げたのをドライバ IC に入れてください。

補足

具体的でご丁寧な解説，感謝します．

同軸ケーブルは75Ωのようです．
制御対象の機器は商品のため分解・改造等を施すことはできません．

74HC245というのは秋葉原に行けば容易に入手できるものでしょうか？
近いうちに手に入れて試したいと思います．

ありがとうございます．

回答No.7

masudaya

ほしい出力が0-5Vと0-3.3Vの矩形波なのであれば
0-3.3Vの矩形波をまず作って,バッファをかまして
0-5Vを作るほうが簡単ではないでしょうか.

発振回路の仕様で電源電圧が3.3Vで使えれば,
あとは高速のゲート(5V)を用いればできると思います.

補足

5Vで得られているものをとりあえず目的の3.3Vまで落として，それから分岐して5Vまで上げてやればよいということでしょうか？

5Vの出力には東芝の74HC04AP（確か・・・）を使用しています．これを3.3V用にもう1つ用意すればよいということでしょうか？

回答No.6

Teleskope

補足を拝見しました。
(1)だめだったときの可変抵抗は何オームのものをお使いでしたか。
(2)装置の入力までは、どんな配線を使いますか。同軸ケーブルですか。
(3)発振器から装置の入力までの、長さを教えてください。
(4)装置の入力は「入力インピーダンス」が決まってるはずです。何オームですか。

これらを教えてください。

補足

可変抵抗は5kで試しました．しかし波形が大きくひずんでしまいました．
パルスを入力する装置までは2m程度で，同軸ケーブル（BNC)を使用しています．
入力インピーダンスについては記述がないため，ちょっとわかりません．

よろしくおねがいします．

回答No.5

tocoche

確かに、これだけの情報ではデジタル回路かアナログ回路かもわからないですね。　デジタルの発振回路の出力は矩形波なので、わざわざ「矩形波を出力する発振回路を作成」といってくるのはアナログ回路であると推測するのが正しいと思いますが、電圧値からデジタルと推測して回答します。（デジタルの電圧も、1.25Ｖ，1.5Ｖ，1.8Ｖ，2.5Ｖといろいろあるので、あてずっぽですが）

ＬＶＣでいいと思います。

回答No.4

Teleskope

(1)発振周波数はいくつか。
(2)発信素子の品名を具体的に。
(3)分岐は抵何Ωをどうかませたのか。分圧か。
(4)3.3Vになったあとは何に入るのか。そこまでの長さは。
(5)0-5V信号は何かに使われていて、それと同一のゲート出力から分けたのか。

これらを教えてください。

補足

発振周波数は～2MHz程度まで可変できる回路です．回路自体はアナログ回路で，ある装置を駆動させるためのトリガ信号として利用したいと考えています．

可変抵抗は，一端を入力側，反対側をGNDへ落とし，中点から目的の信号を得ようとしました．
大元の0-5Vの信号は使用せず，電圧を下げた信号を使用したいのです．

よろしくお願いします

回答No.3

endlessriver

昔々、パルスの分圧でとても大変な思いをしました。
高周波分があると抵抗の浮遊容量によって、分割比が影響されます。このため、Ｃを分割抵抗のそれぞれに入れる必要があります。
このＣの値は時定数やインピーダンスに配慮して決めます。
オシロスコープのプローブと同じ原理です。
ほかの方と異なる見方と思って書き込みました。

回答No.2

dojustice

開放とかオシロをつないだ程度なら、理想的な波形が出ているのでしょうね？
もしそうなら、原因は「発振回路の出力インピーダンスが高いため」です。
発振出力を、「高いインピーダンス」で受けてやれば問題ないはずです。

適当なブログがなかったのですが、一応オペアンプのバッファー回路を貼っておきます。
「±電源によるバッファー回路」を見てください。
http://fps01.plala.or.jp/~kita-kew/QA.html

方法は2通りあります。
(1)抵抗分割後にオペアンプ（バッファー）に入れる。
(2)直接オペアンプで受け、その出力を抵抗分割する。

(1)の欠点は、オペアンプの入力インピーダンスが誤差要因となることです。
しかしこれは、分割比率を計算値より高めに取ることで補正できます。
また、この方式は、出力を「オペアンプの低出力インピーダンスで取り出せる」、というメリットがあります。

(2)の欠点は、出力インピーダンスが、分割抵抗のインピーダンスになってしまうことです。（インピーダンスが高い）
せっかく低出力インピーダンスのオペアンプを使ってもこれがムダになってしまいます。

ご紹介した回路は±電源を使っていますが、0Ｖ付近の精度をあまり言わないなら、単電源でも構いません。
rail to railのスペックを持ったオペアンプを使えばより精度が上がります。

注意事項としては、
1. オペアンプには出力振幅に対して十分余裕を持った電源電圧を用意する必要があります。
2. オペアンプには、全帰還（利得 1）で使えないものもあります。（発振する）
　スペックを確認する必要があります。

回答No.1

goobest_2004

オペアンプを使えば大丈夫です。
ただし、周波数特性を考えてICを選んで下さい。

また信号を分岐するにも負荷で出てしまう場合にはオペアンプを使う場合もあると思います。