発振器のコンデンサの役割と発振器の出力波形について

質問

電気（電子）回路（回路素子？）について質問させてください（超初心者です）。

下記のような発振器Ｘ１の(1)、(2)のコンデンサの役割はどのようなものでしょうか。このコンデンサがある場合とない場合では、波形の出力など等、どう違ってくるのでしょうか。
http://blogimg.goo.ne.jp/user_image/30/61/6a83679c365661826fcbeaca3d5ae9d3.png

また、Ｘ１の出力は図のようなイメージ（イメージで全く厳密でないです）となると勉強したのですが、なぜそのような波状（正弦波？）の波形となるのか
お教えいただけましたら幸いです。

よろしくお願いします。

追伸：
また、このような回路について勉強するには、何を利用して（書籍？インターネット？）どのように勉強していけばいいものでしょうか。

回答No.1

86tarou · ベストアンサー

↓のサイトなんかが参考になると思います…理解出来ればですが。
http://www.kds.info/html/products/technical_guide/circuit_investigation/index.htm
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame1/xtal.html
http://homepage1.nifty.com/sokano/knowledge/knowledge03.html
http://nds.jpn.org/suishou.htm

お礼

遅れましたが、リンク先の情報参考になります。
ありがとうございました！

回答No.2

maccha_neko

入力＝＞（反転増幅）＝＞出力＝＞フィルタ＝＞入力・・
というループができていますよね？
で，ある周波数においてこの一周分（たとえば反転増幅の入力からスタートして，ぐるっと戻って入力にくる）ところまでがちょうど360度の位相差・・いわば，周回遅れになるようにします．
運動会の組体操で「波」があると思いますが，あれが円形になったような状態を想像してみると良いでしょうね．とりあえずsin波形にしたいので，スタート時点では全員お辞儀したような状態からスタートしましょう．
最初の人が元に戻ったところでちょうど一周してきた波の先頭になるとその後は自分から何もしなくてもきれいに波が続くでしょう？先頭の人の動きを見ているとちょうどsinωtみたいな動きで，一周してくるまでに360度分の位相差ができていたわけです．
到達した振幅が小さいとだんだん小さくなってしまいますし，大きくなって戻ってくると飽和してきてしまうので，トータルでの増幅率は１であることが理想ですが，上の方は電源電圧で上限があるのでとりあえず１以上あれば良いでしょう．

というところで，とりあえず増幅回路の増幅率は十分あるとして，位相が360度ずれてくれれば発振するわけです．増幅回路は反転増幅回路を用いていますから，外部では180度分ひっくり返すのが「お仕事」です．

で，このための回路としてはコイルとコンデンサを使ったものがよく利用されていて，有名なのがハートレー型と，コルピッツ型（さらに改良版のクラップ型なんていうのもあります）です．(詳細は検索エンジンなどで探してみてください）
水晶発振回路では水晶をコイルのように使ってコルピッツ型の発振回路にして利用しています．

水晶振動子はこのあたりが詳しいかな？
http://www.madlabo.com/mad/gid/gidlog/clock/kyocera_clock.pdf
水晶振動子の等価回路はLとC（さらにRもつきますが）の直列共振回路にさらにCを並列につないだようなものであらわされますが，普通のコイルとコンデンサの時のような可愛い（？）ものではなくて，３ページ目のグラフのように，直列共振周波数から並列共振周波数にかけて誘導性（コイル的）リアクタンスがワーッと上昇した後にいきなり容量性（コンデンサ的）のものに変化します．
この誘導性の部分を利用してあたかも特定の周波数に適合したコイルのように扱っているわけです．

さて，コンデンサを取る・・というか容量を変えるとどうなるか・・ですが，４ページのグラフのように，周波数がずれます．一般に水晶発振回路は精度が高く，ずれないといわれたりしますが，実際にはこのように負荷容量によって結構動くんですね．
水晶の仕様書では必ず推奨負荷容量が出ていますので，回路側の定数もそれを目安に合わせこんでおかないと予定の周波数からのずれが大きくて頭を抱えることになったります．

お礼

遅れましたが、ご回答参考になります。ありがとうございました！