半導体デバイス-発振器
発振器は、次のように知られている正弦波振動を生成する電子回路です。 sinusoidal oscillator。これは、DCソースからの入力エネルギーを特定の周波数で周期波形のAC出力エネルギーに変換します。これは既知の振幅です。発振器の特徴は、AC出力を維持することです。
次の図は、外部から入力信号が印加されていない場合でもフィードバック信号のあるアンプを示しています。正弦波発振器は本質的にフィードバック増幅器の一種であり、電圧利得に特別な要件が課せられますAv およびフィードバックネットワーク β。
フィードバック電圧V上図の帰還増幅器考えるF =βV Oは、全入力電圧を供給します
$ V_i = V_f = \ beta V_0 = A_V \ beta V_i $ （1）
$ V_i = A_V \ beta V_i $または$（1-A_V \ beta）V_i = 0 $ （2）
出力電圧を生成する場合、入力電圧をゼロにすることはできません。したがって、V iが存在するためには、式（2）は次のことを要求します。
$（1-A_V \ beta）= 0 $または$ A_V \ beta = 1 $ （3）
式（3）は次のように知られています “Barkhausen criterion”、これは振動の2つの基本的な要件を述べています-
ループゲインと呼ばれる、アンプとフィードバックループの周囲の電圧ゲインは、1、つまり$ A_V \ beta = 1 $である必要があります。
ループ位相シフトと呼ばれる$ V_i $と$ V_f $の間の位相シフトは、ゼロでなければなりません。
これら2つの条件が満たされると、上図のフィードバックアンプは一貫して正弦波出力波形を生成します。
ここで、いくつかの典型的な発振回路について詳しく説明しましょう。
位相シフト発振器
フィードバック回路の基本的な進歩に従う発振回路は、位相シフト発振器です。次の図に、位相シフト発振器を示します。発振の要件は、ループゲイン（βA）が1より大きく、入力と出力の間の位相シフトが360 °であることです。
フィードバックは、RCネットワークの出力からアンプ入力に戻されます。オペアンプアンプ段は最初の180度シフトを提供し、RCネットワークは追加の位相シフトを導入します。特定の周波数では、ネットワークによって導入される位相シフトは正確に180度であるため、ループは360度になり、フィードバック電圧は位相入力電圧になります。
各セクションが60度の位相シフトを提供するため、フィードバックネットワークのRCステージの最小数は3です。RC発振器は、数サイクルから約100KHzまでの可聴周波数の範囲に最適です。より高い周波数では、ネットワークインピーダンスが非常に低くなるため、アンプに深刻な負荷がかかる可能性があり、その結果、電圧ゲインが必要な最小値を下回り、発振が停止します。
低周波数では、通常、負荷の影響は問題にならず、必要な大きな抵抗と静電容量の値をすぐに利用できます。基本的なネットワーク分析を使用すると、周波数振動は次のように表すことができます。
$$ f = \ frac {1} {2 \ pi RC \ sqrt {6}} $$
ウィーンブリッジ発振器
実際の発振器回路は、オペアンプとRCブリッジ回路を使用し、発振器周波数は R そして Cコンポーネント。次の図は、ウィーンブリッジ発振回路の基本バージョンを示しています。
基本的なブリッジ接続に注意してください。抵抗R 1とR 2とコンデンサC 1及びC 2形態周波数調整素子、抵抗Rながら3及びR 4のフィードバック経路の一部を形成します。
このアプリケーションでは、ブリッジへの入力電圧（V i）はアンプの出力電圧であり、ブリッジの出力電圧（V o）はアンプの入力にフィードバックされます。オペアンプの入力インピーダンスと出力インピーダンスの負荷効果を無視すると、ブリッジ回路の分析は次のようになります。
$$ \ frac {R_3} {R_4} = \ frac {R_1} {R_2} + \ frac {C_2} {C_1} $$
そして
$$ f = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {R_1C_1R_2C_2}} $$
もしR 1 = R 2 = R及びC 1 = C 2 = C、得られた発振周波数であります
$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi RC} $$
ハートレー発振器
次の図は、ハートレー発振器を示しています。これは最も一般的なRF回路の1つです。通常、通信放送受信機の局部発振器として使用されます。エミッタ共通接続バイポーラ接合トランジスタは、電圧増幅器であり、そしてRからなるユニバーサルバイアス回路によってバイアスされている1、R 2、R E。エミッタバイパスコンデンサ（C E）は、この単一トランジスタ段の電圧利得を増加させます。
コレクタ回路の無線周波数チョーク（RFC）は、RF周波数で開回路として機能し、RFエネルギーが電源に入るのを防ぎます。タンク回路は、L 1、L 2、およびCで構成されます。発振周波数は、L 1、L 2、およびCの値によって決定され、LCタンク回路の共振周波数での発振によって決定されます。この共振周波数は次のように表されます。
$$ f_o = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {L_TC}} $$
負荷が大きく、発振周波数に影響がない場合は、容量結合によりコレクタから出力信号を取り出すことができます。
圧電性
圧電特性は、多くの天然結晶物質によって示されますが、その中で最も重要なものは、石英、ロッシェル塩、およびトルマリンです。これらの材料に正弦波電圧が印加されると、印加電圧周波数で振動します。
一方、これらの材料が圧縮され、機械的ひずみを受けて振動すると、同等の正弦波電圧が生成されます。したがって、これらの材料は圧電結晶と呼ばれます。クォーツは最も人気のある圧電結晶です。
水晶発振器
水晶発振器の回路図を次の図に示します。
ここでの水晶は同調回路として機能します。水晶の等価回路を以下に示します。
水晶発振器には、直列共振周波数と並列共振周波数の2つの共振周波数があります。
直列共振周波数
$$ f_s = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC}} $$
並列共振周波数
$$ f_p = \ frac {1} {2 \ pi \ sqrt {LC_T}} $$
C / Cmが非常に小さいため、2つの共振周波数はほぼ同じです。上の図では、水晶は並列共振モードで動作するように接続されています。
抵抗R 1 R、2、R E、およびトランジスタが共に増幅回路を形成します。抵抗R 1及びR 2は、電圧がDCバイアスを安定提供します。コンデンサ（C E）はエミッタ抵抗（R E）のACバイパスを提供し、RFCは発振器によって生成された周波数に対して高インピーダンスを提供するため、それらは電力線に入りません。
結晶は、コンデンサCと並列である1とC 2と、そのインピーダンスが最大であるとき、コレクタからエミッタに最大電圧フィードバックを可能にします。他の周波数では、水晶のインピーダンスが低いため、結果として生じるフィードバックは小さすぎて発振を維持できません。発振器周波数は、水晶の並列共振周波数で安定します。