JP4622306B2 - 信号発生器 - Google Patents

Description

本発明は電子機器に用いられる信号発生器に関するものである。

従来、この種の信号発生器の回路構成は、図６に示す構成となっている。すなわち、図６に示す信号発生器は、方形波を発生する発振器８０とその方形波から高調波成分を取り除く４個のローパスフィルター（以下、Ｌ．Ｐ．Ｆ．と省略する）９１、Ｌ．Ｐ．Ｆ．９２、Ｌ．Ｐ．Ｆ．９３、Ｌ．Ｐ．Ｆ．９４と各Ｌ．Ｐ．Ｆ．の出力を切り替えるスイッチ９０ｂ、スイッチ９０ａとそのスイッチ９０ａ・スイッチ９０ｂを２ビットのデジタル信号９９と１００で制御するマルチプレクサ９８とからなる。

発振器８０はオペアンプ８３の出力が高い電圧の時はスイッチ９０ａを介して抵抗８９からコンデンサ８５に充電（図７のａ波形）され、オペアンプ８３の−入力に接続されたコンデンサ８５の充電電圧がオペアンプ８３の＋入力に接続した抵抗８１、抵抗８２、抵抗８４で得られる電圧（ＶＨ）より高くなるとオペアンプ８３の出力は反転し、低い出力電圧となる。

その結果、オペアンプ８３の＋入力に接続した抵抗８４は抵抗８１と抵抗８２の分電圧を（ＶＬ）に引き下げる。またコンデンサ８５は抵抗８９を介して放電され、分電圧（ＶＬ）以下になるとオペアンプ８３は反転し、発振を繰り返す。図７のｂ波形はオペアンプ８３の出力波形である。オペアンプ８３の出力波形はＬ．Ｐ．Ｆ．９４を通過させ、スイッチ９０ｂを経て出力９６から交流信号が供給される。

ここで、発振器８０の発振周波数はスイッチ９０ａを切り替えて、コンデンサ８５に充放電する抵抗８６、抵抗８７、抵抗８８を設定して可変する。また、発振周波数によりＬ．Ｐ．Ｆ．９１〜Ｌ．Ｐ．Ｆ．９４までを通過させる交流信号周波数に応じて切り替える。

発振器８０の出力は方形波であり、必要とする正弦波と比較すると多くの高調波を含んでいる。上記で得られた交流信号は増幅器と昇圧トランスで交流の高電圧を発生させ、さらに直流の高電圧を加算して複写機等の帯電用電源として利用し、印刷スピードや解像度等に合わせて交流信号の周波数を変えることにより印刷時のモアレを低減する。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平９−３２９９２７号公報

以上のような従来の信号発生器は、
(1) 必要な周波数の数だけ切り替えスイッチが必要である。
(2) 必要な周波数の数だけＬ．Ｐ．Ｆ．が必要である。
(3) Ｌ．Ｐ．Ｆ．９１〜Ｌ．Ｐ．Ｆ．９４の出力振幅が一定しない。
(4) 多数のＬ．Ｐ．Ｆ．が必要で部品点数が多い。 等の問題点があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、信号発生器の部品を切り替えて発振周波数を変えるのでは無く、マイクロコンピュータ等で容易に連続的に発振周波数を変化させることが可能で、周波数を変化させても出力振幅が変化せず、少ない部品点数でほぼ正弦波を発生させ、安定した信号発生器を提供することを目的としている。

そしてこの目的を達成するために本発明は、印加する電圧によって三角波形を発生する三角波発生器の周波数を変化でき、前記三角波形の上下先端部から一定電圧下がった電圧で前記三角波形をクリップするクリップ回路とクランプした信号をローパスフィルタで高調波成分を除去したことを特徴とする信号発生器である。

その結果、容易に信号発生器の発振周波数を変化させることが可能で、かつ出力振幅が一定になる信号発生器であり、部品点数も少ない安定した信号発生器を提供することができるものであり、本信号発生器を搭載した電子機器は複写機等の帯電用電源として利用し、印刷スピードや解像度等に合わせて交流信号の周波数を変えることにより印刷時のモアレを低減するものである。

本発明は、印加する電圧によって三角波形を発生する三角波発生器の周波数を変化でき、前記三角波形の上下先端部から一定電圧下がった電圧で前記三角波形をクランプするクランプ回路とクランプした信号をローパスフィルタで高調波成分を除去したことを特徴とする信号発生器である。

これにより、本発明の信号発生器は、マイクロコンピュータ等で容易に発振周波数を変化させることが可能で、また周波数を変化させても出力振幅が変化せず、少ない部品点数でほぼ正弦波を発生させ、安定した信号発生器であり、この信号発生器を組み込んだ電子機器も安価で制御性能に優れ、高性能かつ信頼性にも貢献でき産業的価値の大なるものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、三角波形を発生する三角波発生器と、前記三角波形を入力し、前記三角波形の上下極値部を所定のクリップ電圧値によってクリップダイオードでクリップしてクリップ信号を生成するクリップ回路部と、前記クリップ信号を入力し、高調波成分を除去することでクリップ信号波形部の前後に曲率を形成するローパスフィルタとを備え、前記クリップ回路では、前記クリップダイオードは非直線特性を有したものとすることで前記上下極値部に曲率部を形成した擬似三角波形としたうえで、この擬似三角波形における第３高調波と第５高調波とを優先して低減させる前記クリップ電圧を設定し、前記ローパスフィルタにおいて、第７、第９高調波以上の周波数を除去し、ほぼ正弦波に近い信号を形成するものであり、発振周波数を変化させても出力振幅が一定になり、部品点数も少ない安定した信号発生器を提供することができるものである。

これにより、本発明の信号発生器は、発振周波数を変化させても出力振幅が一定になり、部品点数も少ない安定した信号発生器を提供することができるものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、三角波発生器として、三角波形の上下極値部を所定のクリップ電圧値によってクリップダイオードでクリップしてクリップ信号を生成するクリップ回路部と、前記クリップ信号を入力し、高調波成分を除去することでクリップ信号波形部の前後に曲率を形成するローパスフィルタとを備え、前記クリップ回路では、前記クリップダイオードは非直線特性を有したものとすることで前記上下極値部に曲率部を形成した擬似三角波形とし、前記クリップダイオードは極大値をクリップするための極大値側トランジスタをエミッタフォロワー接続した第１のクリップダイオードと、極小値をクリップするための極小値側トランジスタをエミッタフォロワー接続した第２のクリップダイオードとからなる、正弦波形を形成するものであり、ダイオードの非線形特性によりクリップした先端部分が丸くなること、およびトランジスタのエミッタフォロワー接続により高調波成分が的確に除去され、これに加えて簡単なローパスフィルタでさらに高調波成分を除去すれば、発振周波数を変化させても出力振幅が一定になり、部品点数も少ない安定した信号発生器を提供することができるものである。

以下本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。なお、説明にあたっては従来技術と同一部分は同一番号を付して説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１の信号発生器の構成図を示すものであり、図２はその動作波形を示すものである。

図１は、本発明の信号発生器であり、信号発生器の構成は三角波発生器２と三角波の上下の先端部分をクリップするクリップ回路４とＬ．Ｐ．Ｆ．６からなる。

具体的な動作を図１のブロック図と図２の動作波形を用いて説明する。図１において、まず直流電圧源１を三角波発生器２に印加することにより、三角波出力３に発生する三角波（図２の３波形）の周波数を変化させる。三角波出力３はクリップ回路４で上下の先端部分をクリップする。クリップされた信号５は図２の５波形のように、三角波の先端が切り取られる。三角波の先端部が切り取られることにより必要とする正弦波に近くなる。そこで、Ｌ．Ｐ．Ｆ．６によって高調波成分を除去することにより、Ｌ．Ｐ．Ｆ．６の出力には正弦波７（図２の７波形）が得られる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における信号発生器の具体的回路図を示すものである。

図３において、三角波を発生する三角波発生器の構成は、請求項２に記載の充放電制御回路２ｂと請求項３に記載の充放電回路２ａ、請求項４と請求項５に記載のクリップ回路４とＬ．Ｐ．Ｆ．６そして請求項６からなる。

まず、充放電制御回路２ｂは直流電圧源１７から抵抗２９と抵抗２８の分圧電圧Ｖａと、抵抗２８と抵抗２７の分圧電圧Ｖｂで三角波信号の上部電圧と下部電圧を決める。分圧電圧Ｖａはトランジスタ２５のエミッタフォロワーを介してトランジスタ２３のエミッタフォロワーで温度補償接続した第一の電圧源と、分圧電圧Ｖｂをトランジスタ２６のエミッタフォロワーを介してトランジスタ２１のエミッタフォロワーで温度補償接続した第二の電圧源とを抵抗１８の両端に接続し、トランジスタ２１のエミッタフォロワーにコンパレータ１６の＋入力を接続し、他方の−入力にコンデンサ１３とそれを充電する充電回路と放電する放電回路を接続し、上記コンパレータ１６の出力により、上記抵抗１８に電流を流すと共に、上記充電回路と放電回路をオン・オフ制御するようにしたものである。

次に、充放電回路２ａは、直流電圧源１を抵抗８と抵抗９で分圧した分圧電圧Ｖｅをオペアンプ１１の一方の入力に接続し、直流電圧源１から抵抗１０を介してコンデンサ１３に接続し、コンデンサ１３の他端はオペアンプ１１の出力に接続する充電回路と、オペアンプ１１の出力は前記コンパレータ１６の入力に接続し、前記コンパレータ１６の出力で抵抗１５を介してトランジスタ１４をオンし抵抗１２を接地することでコンデンサ１３を放電するものである。

そして、上記直流電圧源１の電圧を変化させるとコンデンサ１３への充電電流と放電電流を変化させることができるので、三角波発生器は印加する電圧によって必要とする周波数に可変できるものである。

クリップ回路４は、直流電圧源１７から抵抗３０と抵抗３１の分圧電圧Ｖｃと、抵抗３１と抵抗３２の分圧電圧Ｖｄで三角波信号の上部クランプ電圧と下部クランプ電圧を決める。分圧電圧Ｖｃはトランジスタ３３のエミッタフォロワーを介してダイオード３７で温度補償接続した第一のクランプと、分圧電圧Ｖｄをトランジスタ３５のエミッタフォロワーを介してダイオード３６で温度補償接続した第二のクランプを三角波の出力であるオペアンプ１１の出力を抵抗３８に接続したものである。

具体的な動作は、図３の回路図と図４の動作波形を用いて説明する。図３において、充放電制御回路２ｂは直流電圧源１７から抵抗２９と抵抗２８、抵抗２７により分圧電圧Ｖａと分圧電圧Ｖｂを作り、三角波信号の上部電圧と下部電圧を決める。分圧電圧Ｖａはトランジスタ２５のエミッタフォロワーを介してトランジスタ２３のエミッタフォロワーで温度補償接続した第一の電圧源（Ｖａ１）と、分圧電圧Ｖｂをトランジスタ２６のエミッタフォロワーを介してトランジスタ２１のエミッタフォロワーで温度補償接続した第二の電圧源（Ｖｂ１）とを抵抗１８の両端に接続し、トランジスタ２１のエミッタフォロワーにコンパレータ１６の＋入力を接続し、他方の−入力にコンデンサ１３とそれを充電する充電回路と放電する放電回路を接続する。ここで、コンパレータ１６の−入力に接続したコンデンサ１３の電圧が低いとコンパレータ１６の出力はトランジスタ２１のエミッタ電圧（Ｖｂ１）より高くなり、接続されているダイオード１９はオフし、コンパレータ１６の＋入力に印加される電圧は抵抗１８を介して第一の電圧源（Ｖａ１）が印加される。この時、Ｖａ１＞Ｖｂ１であるからトランジスタ２１のベース・エミッタは逆バイアスされている。

次に、コンパレータ１６の−入力に接続したコンデンサ１３の電圧が第一の電圧源（Ｖａ１）より高いとコンパレータ１６の出力は下がり、接続されているダイオード１９はオンし、抵抗２０に電流が流れトランジスタ２１のエミッタには第二の電圧源（Ｖｂ１）が発生し、コンパレータ１６の＋入力に印加される（図４のＣＶ波形）。上記の動作により、コンパレータ１６の出力により、抵抗１５を介してトランジスタ１４をオン・オフし、充放電回路２ａを制御する。

充放電回路２ａは、コンパレータ１６の−入力に接続したコンデンサ１３の電圧が上昇する時をコンデンサ１３の充電とすると、トランジスタ１４がオンした時である。

抵抗８、抵抗９、抵抗１０、抵抗１２の各抵抗値をＲ８、Ｒ９、Ｒ１０、Ｒ１２とし、Ｒ８＝Ｒ９＝Ｒ１２＝５０Ｋ、Ｒ１０＝１００Ｋ、電圧Ｖ０＝５Ｖとすると、コンデンサ１３の充電電流（Ｉｃ）は、オペアンプ１１の＋入力には直流電圧源１（電圧Ｖ０）を抵抗８と抵抗９で分圧した分圧電圧（Ｖｅ＝２．５ｖ）が印加されているので
Ｉｃ＝Ｖｅ／Ｒ１２−（Ｖ０−Ｖｅ）／Ｒ１０＝２．５／５０Ｋ−２．５／１００Ｋ＝２５μＡ
の一定電流となり、コンデンサ１３の電圧は直線的に上昇する。コンデンサ１３の電圧がＶａ１を越えると、コンパレータ１６の出力が下がりトランジスタ１４はオフする。

すると、コンデンサ１３は放電電流（Ｉｄ）
Ｉｄ＝（Ｖ０−Ｖｅ）／Ｒ１０＝２．５／１００Ｋ＝２．５μＡ
の一定電流が流れ、コンデンサ１３の電圧は直線的に下降する（図４の３波形）。コンデンサ１３の電圧がＶａ２より下がると、コンパレータ１６の出力が上がりトランジスタ１４はオンして、再び充電状態になり連続した三角波発生器が得られる。

また、上記からコンデンサ１３への充電電流（Ｉｃ）と放電電流（Ｉｄ）は、Ｒ８＝Ｒ９＝Ｒ１２＝５０Ｋ、Ｒ１０＝１００Ｋでは、
Ｖｅ＝Ｖ０／２となり
Ｉｃ＝Ｖｅ／Ｒ１２−（Ｖ０−Ｖｅ）／Ｒ１０＝Ｖ０／１００Ｋ−Ｖ０／２００Ｋ＝Ｖ０／２００Ｋ、
Ｉｄ＝（Ｖ０−Ｖｅ）／Ｒ１０＝Ｖ０／２００Ｋ となる。

よって、Ｉｃ＝Ｉｄとなり、かつ電圧Ｖ０に比例して充電電流と放電電流が決まるので、電圧Ｖ０を可変すると発振周波数が比例して変化させることが可能である。

クリップ回路４は、直流電圧源１７から抵抗３０と抵抗３１、抵抗３２から分圧電圧Ｖｃと分圧電圧Ｖｄを作り、クリップダイオード３７の温度補償をトランジスタ３３のエミッタフォロワーで行い第一のクランプ電圧（Ｖｄ１）を得て、クリップダイオード３６の温度補償をトランジスタ３５のエミッタフォロワーで行い第二のクリップ電圧（Ｖｄ２）を得る。

ここで、クリップ電圧（Ｖｄ１）とクリップ電圧（Ｖｄ２）は得られる正弦波の高調波、特に第３高調波と第５高調波が最小になるよう設定する。第２高調波はほとんど無いので、ほぼ基本波の千分の１以下にできる。又、三角波の波高値も抵抗の分電圧で作成しており、直流電圧源１７の電圧変動にもひずみの少ない正弦波が得られる。

三角波形の出力であるオペアンプ１１の出力から抵抗３８を介してダイオード３７とダイオード３６でクリップすると図４の５波形が得られる。図２の５波形のクリップ波形に比べて、先端部が丸くなっているのは、三角波をダイオードの非直線特性によってクリップする為により丸くなり、正弦波形に近くなる。

クリップした波形をＬ．Ｐ．Ｆ．６で更に高調波を取り除くと図４の７波形のようにほぼ正弦波となる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における信号発生器を使用した電子機器の主要部回路図を示すものである。

図５において、マイクロコンピュータ４０はＤ／ＡコンバータまたはＰＷＭによる電圧コントロール端子４１をもち三角波発生器２の発生周波数を制御する。発生した三角波はクリップ回路４とＬ．Ｐ．Ｆ．６でほぼ正弦波にしてコントロール回路５１に入力する。コントロール回路５１の出力は増幅器４２により電力増幅し、コンデンサ４３を介して昇圧トランス４４をドライブする。昇圧トランス４４で１００倍程度に昇圧し、その出力はＤＣ電源４６を加算して複写機の帯電ローラ４８に印加して感光ドラム４９の周面を均一に帯電処理する。

ここで、増幅器４２と昇圧トランス４４の特性によっては、高調波による波形歪が少なくＬ．Ｐ．Ｆ．６は無くても、複写機の帯電ローラ４８に良好に帯電させることができる。この削減によるコストダウンも図れる（請求項７）。

マイクロコンピュータ４０は複写機の画像作成のプロセススピードや解像度に応じて感光ドラムのスピードを制御すると共に電圧コントロール端子４１により三角波発生器２の発生周波数を無段階に連続可変制御して、帯電ローラ４８から感光ドラム４９に最適な（モアレの発生しない）交流電圧を供給することが可能となる。

本発明の信号発生器は各種電子機器の電源装置、特に複写機等の帯電用電源に用いる信号発生器に好適である。

本発明の一実施の形態における信号発生器の構成図 本発明の一実施の形態における信号発生器の動作説明図 本発明の一実施の形態における信号発生器の電気的回路図 本発明の一実施の形態における信号発生器の動作説明図 本発明の一実施の形態における電子機器の構成図 従来の信号発生器の電気的回路図 従来の信号発生器の動作波形説明図

符号の説明

１ 直流電圧源
２ 三角波発生器
４ クリップ回路
６、９１、９２、９３、９４ Ｌ．Ｐ．Ｆ．
８、９、１０、１２、１５、１８、２０、２２、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３４、３８ 抵抗
１１、８３ オペアンプ
１３、４３、８５ コンデンサ
１４、２１、２３、２５、２６、３３、３５ トランジスタ
１６ コンパレータ
１９、３６、３７ ダイオード
４０ マイクロコンピュータ
４２ 増幅器
４４ 昇圧トランス
４８ 帯電ローラ
４９ 感光ドラム
８１、８２、８４、８６、８７、８８、８９ 抵抗
９０ａ、９０ｂ スイッチ
９８ マルチプレクサ

Claims (2)

1. 三角波形を発生する三角波発生器と、前記三角波形を入力し、前記三角波形の上下極値部を所定のクリップ電圧値によってクリップダイオードでクリップしてクリップ信号を生成するクリップ回路部と、前記クリップ信号を入力し、高調波成分を除去することでクリップ信号波形部の前後に曲率を形成するローパスフィルタとを備え、前記クリップ回路では、前記クリップダイオードは非直線特性を有したものとすることで前記上下極値部に曲率部を形成した擬似三角波形としたうえで、この擬似三角波形における第３高調波と第５高調波とを優先して低減させる前記クリップ電圧を設定し、前記ローパスフィルタにおいて、第７、第９高調波以上の周波数を除去することで正弦波形を形成する信号発生器。
2. 三角波形を発生する三角波発生器と、前記三角波形を入力し、前記三角波形の上下極値部を所定のクリップ電圧値によってクリップダイオードでクリップしてクリップ信号を生成するクリップ回路部と、前記クリップ信号を入力し、高調波成分を除去することでクリップ信号波形部の前後に曲率を形成するローパスフィルタとを備え、前記クリップ回路では、前記クリップダイオードは非直線特性を有したものとすることで前記上下極値部に曲率部を形成した擬似三角波形とし、前記クリップダイオードは極大値をクリップするための極大値側トランジスタをエミッタフォロワー接続した第１のクリップダイオードと、極小値をクリップするための極小値側トランジスタをエミッタフォロワー接続した第２のクリップダイオードとからなる、正弦波形を形成する信号発生器。

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