回路について教えてください！！

質問

PWM発振回路について積分回路での三角波形が乱れてしまいます。直す方法がわかりません。

現在、タイマIC(NE555)とオペアンプ(LMC662)を用いてPWM発振回路の作成をしています。

タイマICでデューティ比0.5のクロック波形(5V, 6.8kHz)を作り、積分回路を通して三角波形を出力します。その時、積分回路において可変抵抗を操作することで基準電圧をGNDに近づけようとすると三角波形が非常に乱れ、周波数・位相が全く違うものになってしまいます。乱れた波形をどうにか安定したものにしたいです。

解決策を考えたのですがわかりません。どなたか教えてください。

回答No.4

inara1 · ベストアンサー

回路は分かりました。
ご質問の回路でシミュレーションしてみると、添付図の左下の波形のようになりました。可変抵抗を変えて基準電圧 Vref を変えると、三角波が上下しますが、Vref を下げても下側が歪んでしまい、0V に調整することはできませんでした。三角波の振幅も小さく、頂点にヒゲが出ています。ヒゲの原因は、積分コンデンサ C1 の容量が大きすぎて、入力の矩形波の立ち上りと立ち下がりで C1 に大きな電流が流れるからです（この電流はオペアンプの出力電流になる）。CMOSオペアンプは出力インピーダンスが小さくないので、出力電流が大きいとこのような現象が起こります。

三角波の振幅をもっと大きくし、頂点に乗ったヒゲをなくすには、C1 の容量をもっと小さくし、R1 をもっと大きくします。添付図の右下は R1 = 100kΩ、C1 = 330pF のときの出力波形ですが、振幅が0-5Vと大きくなり、ヒゲもなくなっています。

お礼

丁寧に説明してくださり、本当にありがとうございました。
今後、より知識を増やすことに精進していきます。

補足

たびたびありがとうございます。
ここまでシュミレーションを用いてわかりやすく解説してくださりありがとうございます。

PWM回路を実験機に用いる場合、ヒゲのある回路ではやはり実験機の暴走を引き起こしてしまうものなんでしょうか？

もしよろしければお答えいただければと思います。

回答No.3

tadys

NE555は外部ノイズに弱いICなので使い方には注意が必要です。
NE555とオペアンプの電源にはそれぞれ0.1uFと数uF～10数uF程度のパスコンを入れましょう。
それでも良くならないときはそれらの電源の間に数Ω～数10Ωの抵抗を追加します。
グランドを結ぶ線は太いものを使用します。

また、LMC662はその同相入力範囲が電源電圧より2.4V低い電圧までしか保証していないのでNE555の出す電圧には対応していません。
LMC6484のような入力がレール・トゥ・レールのものを使用します。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02431/
この回路ではオペアンプではなく、コンパレータを使用するのが正しい使い方です。
この場合でもレール・トゥ・レールのものを使用しましょう。

お礼

実際に回路を作成する際には指摘された点を注意していきます。
今まで知り得なかったことを教えていただきありがとうございます。

回答No.2

inara1

ANo.1です。
6.8kHz・0-5V の矩形波から振幅 0-5V の三角波を作るのが目的であれば添付図のような回路でできます。波形は回路シミュレーションの結果です。

LMC662 の非反転入力に加える電圧 Vref を変えると、三角波のDCオフセットや振幅が変わります。Vref が小さすぎると三角波の下がつぶれ、Vref が大きすぎると出力電圧が 5V に張り付いてしまいます。Vref の調整はかなりシビアです。シミュレーションでは Vref = 3.041V のとき 振幅 0-5V の三角波が得られましたが、Vref が 5mV ずれると、三角波の上か下がつぶれてしまいます。可変抵抗で Vref を調整するのであれば、微調整しやすい多回転型のものを使ったほうがいいです。

回答No.1

inara1

知恵袋でも質問されていますが、回路が分からないとどうしてうまく動作しないのか分かりません。NE555の出力とLMC662の反転入力間の抵抗値、反転入力と出力間のコンデンサの容量、オペアンプの電源電圧（片電源か両電源かも）を教えてください。基準電圧というのはオペアンプの非反転入力の電圧のことでしょうか。

補足

お返事ありがとうございます。

情報が足りなくてすいません。
5V,6.8KHzをタイマICから出力して、1KΩの抵抗を経て積分回路の(-)端子に入力します。その際、(-)端子と積分回路の出力端子には1MΩの抵抗と104のセラミックコンデンサを並列でつなげています。
5Vの電源から20KΩまでの可変抵抗とGNDに繋いだ10KΩの抵抗の間から積分回路の(+)端子に電圧を入力しています。オペアンプには5Vの電源とGNDをつないでいます。

可変抵抗を操作することで三角波形の下向きの三角の頂点をGNDへと近づけると、積分回路からの波形・周波数共に安定せずに乱れ、周波数が200KHzにまで増幅している状況です。

説明・知識が不足していてすいません。よろしくお願いします。