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2009年9月17日 (木)

「センサ活用の素」の正弦波発生器を製作

16f785_sinewave 書籍「センサ活用の素(2)」にでている正弦波発生器を製作しました。マイコンにオペアンプ2個を内蔵している16F785を使用し、オペアンプによりウィーンブリッジ回路で正弦波を発生させています。

発振器自体は、内臓のオペアンプだけで出来てしまいますが、残ったマイコンにより周波数カウンタを作り発振周波数を表示しています。

周波数は、200Hz~40kHz程度が発振できます。ウィーンブリッジによる発振器は、正弦波が発生できますが、オペアンプのゲインを適切な値に合わせていなければなりません。ゲインを適切に調節するために、出力信号を検波して、アナログフォトカップラを通してフィードバックすることで安定化を図っています。

小型(薄型)に製作するために、リチウムイオン電池(3.7V)を使用していますので、電圧を液晶モジュールで必要な5Vの昇圧する必要があります。マイクロチップ社のMCP1253-33x50を使用することで昇圧できるのですが、SOP-6パッケージは小型なので、はんだ付けが難しいので、頒布されているパターン図により、感光基板でプリント基板を作りました。

オペアンプ2個でウィーンブリッジ発振器を構成するだけなので、回路は簡単です。

組み立てるとうまく発振しましたが、初めて電源を投入すると発振せず、一度電源を切って再度入れるとうまく発振するようです。原因は不明ですが、放置してあった後は電圧が下がっていて発振しないが、再度投入すると電圧が上がっているので発振するというようなことなのでしょう。2回電源を入れればいいということで、深く追求しませんでした。

発振したので、パルス波でなく正弦波とするために、アナログフォトカップラによる帰還を調整しなければなりません。簡単な方法は、出力をオシロで観測して、波形が正弦波になるように調整することです。

オシロとして、パソコンをオシロに変えるソフトオシロ2を使いました。トラ技にdsPIC基板が付録についていたときにCDROMに収録されていたものです。見てみると、いくら調整してもパルス波のままで正弦波になりませんでした。理由は、発生している正弦波のレベルが3Vの振幅があるため、パソコンのサウンドカード入力では飽和してしまうためでした。サウンドカードでは、1.5Vp-p以下にしなければなりません。

正弦波発振器の出力にレベル調整を入れて再度測定しました。調整すると、見かけ上はきれいな正弦波となりました。ウィーンブリッジは、きれいな正弦波が発振できるので、これで問題ないと思います。

ソフトオシロ2を、FFTアナライザとして、発振器をスイープさせてみると、レベルが変化しないで周波数だけ変化していきました。

オーディオ帯域が発振できるので、歪率の測定は無理でも、周波数特性の測定には使えそうです。

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