矩形波発振器(2)　動作説明

回路図は一般的には先頭のページに掲載したように書かれますが、ここでは回路が理解し易いように左図のように書きました。 この回路図を見ると、コンデンサ（Ｃ）と抵抗器（Ｒ）による微分回路が構成されていることが分かります。Ａ点に矩形波が入力されるとＢ点にはその微分波形が現れます。この微分波形は数学的な微分波形ではありません。矩形波を数学的に微分すると斜めの直線になりますが、この回路の場合は曲線です。ＣＲによる微分回路については「微分回路」を参照して下さい。 電源を投入した直後、ＩＣ１、ＩＣ２の出力はＨレベルまたはＬレベルのいzずれかになります。ここではＩＣ１の出力がＨレベル、ＩＣ２の出力がＬレベルと想定します。ＩＣ１の出力（Ａ点）がＨレベルになると、Ｂ点は最初Ａ点と同電圧になります。しかし、コンデンサ（Ｃ）に電荷が溜まるにつれてＢ点の電圧は下がります。この下がる割合はコンデンサ（Ｃ）と抵抗器（Ｒ）の値により決まります。 Ｂ点のグラフ上のＶＴＨはＩＣ２のスレッショルド電圧を表しています。Ｂ点の電圧がＶＴＨより高いとＩＣ２の入力はＨレベルとみなされ、ＩＣ２の出力はＬレベルになります。逆にＢ点の電圧がＶＴＨより低いとＩＣ２の入力はＬレベルとみなされ、ＩＣ２の出力はＨレベルになります。ですから、Ｂ点がＶＴＨより高い電圧の間、ＩＣ２の出力（Ｄ点）はＬレベルになっています。コンデンサ（Ｃ）への充電（電荷が溜まる）が進み、Ｂ点の電圧がＶＴＨより下がるとＩＣ２の入力はＬレベルとみなされ、ＩＣ２の出力（Ｄ点）は急激にＨレベルへと変化します。 Ｄ点がＨレベルに変化すると、ＩＣ１の出力（Ａ点）がＨレベルからＬレベルへと変化します。すなわち、ＣとＲの微分回路の入力電圧の極性が逆になります。コンデンサ（Ｃ）には先の動作により電荷が溜まっていて、両端には電源電圧(VDD)-スレッショルド電圧(VTH)の電圧になっています。この状態でＣＲ回路に逆の電圧が加わるとＢ点の電圧は−スレッショルド電圧(-VTH)になります。その後、コンデンサ（Ｃ）には逆の電荷が溜まり始め、Ｂ点の電圧は徐々に上昇します。 Ｂ点がＶＴＨの電圧に達すると、ＩＣ２の入力はＨレベルとみなされ、ＩＣ２の出力（Ｄ点）はＬレベルになります。それに伴い、ＩＣ１の出力（Ａ点）はＨレベルになります。この時のＢ点の電圧は電源電圧（VDD)＋スレッショルド電圧(VTH)になります。 以降、ＶＴＨを境にコンデンサ（Ｃ）の充放電により発振動作が行われます。 抵抗器Ｒｐですが、この抵抗器はＩＣ２の入力に過大な電流が流れるのを防ぐ目的で付けられています。先に説明したように、Ｂ点には電源電圧より高い電圧または０Ｖより低い電圧が現れます。この電圧によりＩＣ２が壊れないようにするための抵抗器です。CMOSの内部回路には異常な入力電圧からＩＣを保護する回路が設けられています。この回路はダイオードの回路で、入力に規定以外の電圧が加わった場合、電流をバイパスさせています。しかし、過大な電流が流れると、この保護回路も壊れてしまい、ＩＣそのものが壊れます。 CMOSの場合、入力電流は小さいので、数十ＫΩ〜１００ＫΩ位の抵抗器が使われます。 この抵抗値は発振周波数には関係しません。