| 【発明の名称】 |
ウィーンブリッジ発振回路 |
| 【発明者】 |
【氏名】牧野 訓
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| 【要約】 |
【課題】制御を容易にでき、信号の安定性を向上させることができるウィーンブリッジ発振回路を提供すること。
【解決手段】負帰還回路のゲインは一定にし、正帰還回路にゲイン可変素子であるVCA１１９を備え、VCA１１９の制御電圧の出力振幅を整流した信号について高圧トランス１７の二次巻線１７１より高電圧を発生させて両波整流し、ローパスフィルタ（コンデンサ１３４，１３６、インダクタンス１３５）を通してリプルを減少させ、抵抗１３１，１３２による分圧により作成した信号レベルが大きい場合はゲインを小さくし、信号レベルが小さい場合は、ゲインを大きくすることにより出力振幅が一定になるように制御した。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ回路をオペアンプの入力端子に接続し、設定周波数で、且つ設定増幅率の信号波形を発振するウィーンブリッジ発振回路において、
負帰還回路のゲインは一定にし、正帰還回路にゲイン可変素子であるVCA（電圧制御増幅器）を備えた、
ことを特徴とするウィーンブリッジ発振回路。
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【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、安定した正弦波波形を発振させるウィーンブリッジ発振回路の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来のウィーンブリッジ発振回路は、高圧トランスの一次側に印加する交流電流が一定になる様にして交流電圧源として高圧トランスにエネルギー供給し、２次側の高圧の交流電圧を一定にしている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平５−１００５５２号公報（第２−３頁、全図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のウィーンブリッジ発振回路にあっては、制御のしやすさ、信号の安定性が不十分であった。
【０００４】
本発明は、上記問題点に着目してなされたもので、その目的とするところは、制御を容易にでき、信号の安定性を向上させることができるウィーンブリッジ発振回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明では、ブリッジ回路をオペアンプの入力端子に接続し、設定周波数で、且つ設定増幅率の信号波形を発振するウィーンブリッジ発振回路において、負帰還回路のゲインは一定にし、正帰還回路にゲイン可変素子であるVCA（電圧制御増幅器）を備えた、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
よって、本発明にあっては、制御を容易にでき、信号の安定性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明のウィーンブリッジ発振回路を実現する実施の形態を、実施例１に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
まず、構成を説明する。
実施例１は、感光体に帯電ローラを接触させて、感光体を均一に帯電させる手段に用いる高圧電源における高圧交流電圧発生回路の例である。この高圧交流電圧発生回路には、ウィーンブリッジ回路を用いている。
図１は実施例１のウィーンブリッジ発振回路を用いた高圧交流電圧回路の構成回路図である。
実施例１の高圧交流電圧回路は、ウィーンブリッジ発振回路１１、整流回路１３、オペアンプ１４、電流ブースタ回路１５、コンデンサ１６、高圧トランス１７、コンデンサ１８、DC高圧電源１９、感光体と帯電ローラの等価回路２０を主要な構成としている。
【０００９】
ウィーンブリッジ発振回路１１の構成について説明する。
実施例１では、ウィーンブリッジ発振回路１１のゲイン可変素子としてVCA１１９（電圧制御増幅器、以下VCAと略す）を設けている。VCA１１９とオペアンプ１１５の出力により、コンデンサ１１２，抵抗１１３の直列回路と、コンデンサ１１１，抵抗１１４の並列回路により分圧されたバンドパスフィルタ信号をオペアンプ１１５のプラス端子に入力する。これにより正帰還となる。ここで、コンデンサ１１１，１１２の値をC1,C2とし、抵抗１１１４，１１３の値をR1,R2とする。C1=C2,R1=R2とするとバンドパスフィルタの中心周波数は、1/2πC1R1となる。
【００１０】
さらに、オペアンプ１１５の出力より抵抗１１６，１１７により分圧された信号をオペアンプ１１５のマイナス端子に入力する。これにより負帰還となる。抵抗１１６，１１７の値をR3,R4とすると利得は(R3+R4)/R3倍となる。
オペアンプ１１５の出力は、コンデンサ１１８により直流成分を除いてVCA１１９に入力し、制御電圧によるゲイン倍されて出力される。
VCA１１９の制御電圧は、整流回路１３の出力電圧とオペアンプ１２２のプラス端子入力電圧との差を反転増幅した出力が入力される。
電流ブースタ回路１５の出力電圧が必要な振幅の時、VCA１１９の制御電圧は、オペアンプ１２２のプラス端子入力電圧と等しくなる。
【００１１】
次に整流回路１３は、高圧トランス１７のフィードバック用二次巻線より発生する両端電圧をダイオード１３７〜１４０にて両波整流し、コンデンサ１３４，１３６、インダクタンス１３５によるローパスフィルタによりリプルを減少させ、抵抗１３２の両端電圧が電流ブースタ回路１５の出力振幅が必要な振幅時にオペアンプ１２２のプラス端子入力電圧と等しくなるように抵抗１３１，１３２により分圧する。
【００１２】
次にオペアンプ１４と電流ブースタ回路１５は、ウィーンブリッジ発振回路１１の正弦波出力を高圧トランス１７へ交流電圧源としてエネルギーを供給する。
電流ブースタ回路１５は、抵抗１５１，１５３，１５４，１５６、ダイオード１５２，１５５、トランジスタ１５７，１５８で構成されている。
コンデンサ１６は、高圧トランス１７の偏磁を防ぐためのコンデンサである。
高圧トランス１７は、高圧を発生させるフィードバック用二次巻線１７１を備えている。
【００１３】
高圧トランス１７の二次側の高圧出力側は、感光体と帯電ローラの等価回路２０と、DC高圧電源１９と交流バイパスコンデンサ１８で構成されている。
等価回路２０は、抵抗２０２とコンデンサ２０１で構成されている。
【００１４】
次に作用を説明する。
[制御の容易性、信号の安定性について]
ここで、制御の容易性、信号の安定性について詳細に説明する。
図２は、従来の技術におけるウィーンブリッジ発振回路の回路図である。図２の符号は、従来公報（特開平５−１００５５２）と同じ符号を付す。
図２に示す従来のウィーンブリッジ発振回路２１０は抵抗２１１，２１３，２１５とコンデンサ２１４，２１２とオペアンプ２１６で構成されサイン波を発振させる。このサイン波のピークピーク電圧Ｖppは、ゲインコントロール回路２２０でコントロールされる。ゲインコントロール回路２２０は抵抗２２１，２２３，２２５とコンデンサ２２２とジャンクションＦＥＴ２２４で構成されジャンクションＦＥＴ２２４のゲート電圧が上昇するとオペアンプ２１６のゲインが小さくなりサイン波のＶp-p が小さくなることになる。ジャンクションＦＥＴ２２４のゲート電圧は整流回路２３０によりコントロールされる。また、図２に示す従来の整流回路２３０はダイオード２３３，コンデンサ２３１，抵抗２３２で構成され、出力のサイン波を整流している。しかるに出力サイン波のＶp-p は常に一定にコントロールされることになる。
【００１５】
しかしながら、上記従来のウィーンブリッジ発振回路について、負帰還回路のジャンクションＦＥＴ２２４のゲート電圧を制御することによりウィーンブリッジ発振回路の出力振幅を一定にしているが、図５に示す特性のようにドレイン−ソース間にかかる電圧により抵抗値が変化する為狙い目の抵抗値により必要なゲート電圧を求めて制御する必要がある。
【００１６】
また、素子毎にバラツキがある為個別に調整する必要がある。さらに、信号レベルにより抵抗値が変化する為歪みも発生する。
【００１７】
負帰還回路のゲイン可変素子として、サーミスタやランプ等が考えられるが温度により抵抗値が変化して振幅を安定化させる為振幅安定性があまり良くない。
【００１８】
振幅を安定化させる為の制御電圧は、出力を整流して直流にして作成するが整流をダイオードで行うと、順方向電圧が温度により変化する為温度により振幅が変化する。
【００１９】
振幅を安定化させる為の制御電圧について、リプルが大きいと、ゲインがリプルにより変化し、信号の歪みも増加する。
【００２０】
以上のように従来のウィーンブリッジ発振回路では、多くの問題点を有する。本実施例１では、これらの問題点を解決している。
【００２１】
[制御の容易化作用及び信号の安定化作用]
本実施例１のウィーンブリッジ発振回路１１では、ウィーンブリッジ発振回路１１において負帰還回路のゲインは一定にし、正帰還回路にゲイン可変素子を追加する。
【００２２】
ゲイン可変素子としては、VCA１１９を使用する。
【００２３】
VCA１１９を使用することによる長所は、図４に示すように3v±1vで±6dBと制御電圧対ゲインの変化率が緩やかの為制御し易いことである。つまり、制御電圧対ゲイン特性が明確である。
【００２４】
また、出力振幅を安定にする制御電圧について、高圧トランス１７にフィードバック用二次巻線１７１を追加し、整流ダイオードの順方向電圧の温度変化が無視できるような高電圧を発生させる。
【００２５】
さらに、リプルを減少させる為に両波整流して、ローパスフィルタ（コンデンサ１３４，１３６、インダクタンス１３５）を通してさらにリップルを減少させ、抵抗１３１，１３２により分圧して制御電圧を作成することにより、温度変化に対して安定な制御電圧を作成する。
【００２６】
さらに、図３を参照して具体的に動作を説明する。
図３は、実施例１における図１の各部(a)〜(e)における動作信号の状態を示すタイムチャート図である。
【００２７】
図３において、(a)はオペアンプ１１５の出力電圧である。(b)は高圧トランス１７のフィードバック用二次巻線１７１より発生する両端電圧である。(c)は整流回路１３の出力電圧である。(d)はオペアンプ１２２の出力電圧であり、VCA１１９の制御電圧である。(e)はVCA１１９の出力電圧である。
【００２８】
(a)の出力を巻線比分増幅した信号が(b)の出力である。発振開始時振幅は小さい。(b)の出力を両波整流し、ローパスフィルタを通し抵抗１３１，１３２により分圧した信号である(c)の出力も小さい。(c)の出力を反転増幅した(d)出力は高くなり、VCA１１９のゲインは高くなり(e)の出力は、大きくなる。以降必要な振幅になるまでゲインは、徐々に下がっていくが高い状態が続く。必要な振幅に達すると以降VCA１１９のゲインはバランスのとれた適度なゲインとなる。
【００２９】
(b)の出力が大きくなった時について(b)の出力を整流した信号である(c)の出力も大きくなる。(c)の出力を反転増幅した(d)出力は低くなり、VCA１１９のゲインは低くなり(e)の出力は、小さくなる。以降必要な振幅になるまでゲインは、徐々に上がっていくが低い状態が続く。
【００３０】
必要な振幅に戻ると以降VCA IC2のゲインはバランスのとれた適度なゲインとなる。
【００３１】
このように、本実施例１におけるウィーンブリッジ発振回路では、ゲイン可変素子として、VCAを用いることにより、制御電圧対ゲイン特性が明確になり、回路における設定が容易になる。また、信号の歪みも少なくなる。また、VCAは素子バラツキも少なくなるため、調整箇所が少なくなる。
【００３２】
よって、ウィーンブリッジ発振回路は、容易な制御により、出力安定で低歪みになり、さらに制御電圧を高電圧の信号により作成しているため、温度に対しても安定になる。
【００３３】
次に、効果を説明する。
【００３４】
実施例１のウィーンブリッジ発振回路にあっては、下記に列挙する効果を得ることができる。
【００３５】
(1)ブリッジ回路をオペアンプ１１５の入力端子に接続し、設定周波数で、且つ設定増幅率の信号波形を発振するウィーンブリッジ発振回路において、負帰還回路のゲインは一定にし、正帰還回路にゲイン可変素子であるVCA１１９を備えたため、制御を容易にでき、信号の安定性を向上させることができる。
【００３６】
(2)ゲイン可変素子であるVCA１１９の制御電圧の出力振幅を整流した信号について高圧トランス１７の二次巻線１７１より高電圧を発生させて両波整流し、ローパスフィルタ（コンデンサ１３４，１３６、インダクタンス１３５）を通してリプルを減少させ、抵抗１３１，１３２による分圧により作成した信号レベルが大きい場合はゲインを小さくし、信号レベルが小さい場合は、ゲインを大きくすることにより出力振幅が一定になるように制御したため、制御電圧対ゲイン特性が明確になり、回路における設定が容易にできる。また、信号の歪みも少なくできる。また、VCAは素子バラツキも少なくなるため、調整箇所が少なくできる。
【００３７】
言い換えると、容易な制御により、出力安定で低歪みにでき、さらに制御電圧を高電圧の信号により作成しているため、温度に対しても安定にすることができる。
【００３８】
以上、本発明のウィーンブリッジ発振回路を実施例１に基づき説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加等は許容される。
【００３９】
実施例１では、感光体と帯電ローラに用いる高圧電源を例に説明したが、この回路、装置に限るものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本願のウィーンブリッジ発振回路は、実施例に示すような高圧電源に用いるものに限らず、例えば、オーディオ機器におけるトーン信号発生など、正弦波信号を用いる回路、装置への利用は容易である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ウィーンブリッジ発振回路を用いた高圧交流電圧回路の構成回路図である。
【図２】従来の技術におけるウィーンブリッジ発振回路の回路図である。
【図３】実施例１における図１の各部(a)〜(e)における動作信号の状態を示すタイムチャート図である。
【図４】VCAの制御電圧対ゲインの特性例の図である。
【図５】ジャンクションＦＥＴのドレイン−ソース間電圧対ドレイン電流特性例の図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１ ウィーンブリッジ発振回路
１１１ コンデンサ
１１２ コンデンサ
１１３ 抵抗
１１４ 抵抗
１１５ オペアンプ
１１６ 抵抗
１１７ 抵抗
１１８ コンデンサ
１１９ VCA
１２０ コンデンサ
１２１ 抵抗
１２２ オペアンプ
１２３ 抵抗
１２４ 抵抗
１２５ 抵抗
１３ 整流回路
１３１ 抵抗
１３２ 抵抗
１３３ コンデンサ
１３４ コンデンサ
１３５ インダクタンス
１３６ コンデンサ
１３７ ダイオード
１３８ ダイオード
１３９ ダイオード
１４０ ダイオード
１４ オペアンプ
１５ 電流ブースタ回路
１５１ 抵抗
１５２ ダイオード
１５３ 抵抗
１５４ 抵抗
１５５ ダイオード
１５６ 抵抗
１５７ トランジスタ
１５８ トランジスタ
１６ コンデンサ
１７ 高圧トランス
１７１ 二次巻線
１８ コンデンサ
１９ 高圧電源
２０ 等価回路
２０１ コンデンサ
２０２ 抵抗
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００４７６５
【氏名又は名称】カルソニックカンセイ株式会社
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| 【出願日】 |
平成１７年６月２４日（２００５．６．２４） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１９６４４
【弁理士】
【氏名又は名称】綾田 正道
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| 【公開番号】 |
特開２００７−６２８４（Ｐ２００７−６２８４Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１９年１月１１日（２００７．１．１１） |
| 【出願番号】 |
特願２００５−１８５６９２（Ｐ２００５−１８５６９２） |
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