5V単電源 ウィーンブリッジ発振回路の検討

ちょっと前に、単電源のウィーンブリッジ発振回路を検討しました。
前回は電源電圧は 9 V で検討したのですが、今回は 5 V で動作させることを考えてみました。

前回同様、回路を組む前にシミュレーションでの検討を行います。

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前回検討した回路は、下図になります。

この回路のままで単純に電源電圧を 5 V に下げても、まともに動作しないと考えます。

まず、オペアンプは入出力ともに rail to rail のものを選んだ方が良いと思います。

さらに、Q3 のエミッタフォロワは、入れることができません。
AGC の掛かる出力振幅が、Q3 の VBE の倍 (約 1.4 V) だけ大きくなり、
回路のダイナミックレンジ的に厳しくなってしまうからです。

ピーク検波回路も、Q2 のエミッタフォロワでは無く、
VFの小さい検波用ダイオードの方が良さそうです。

前回の回路で、歪みが増えてしまった原因を考えました。
それは、AGC 制御用の J-FET Q1のソース側に抵抗を移動させたことでした。
ソース側に抵抗を入れることにより、AGC 制御のゲインが下がって、
AGC 電圧のリップルが出力信号に変調を与えてしまい、
結果として出力信号の歪みになっていました。
抵抗は Q1 のドレイン側に入れないと駄目なようです。

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そこで検討したのが、次のような回路図になります。
(結局、ほぼ基本形に戻ってしまいました)

オペアンプは、5 V で動作する入出力 rail to rail の AD8539 です。
また、ピーク検波用ダイオード D1 は、VFの小さい検波用のショットキーダイオード RB876W です。
これらはシミュレーションを行う上で、LTSpice のモデルの中から適当に見つけたものを選んだだけです。

Q1 のソース側には +V/2 のバイアスを与える必要がありますが、
前述のとおり抵抗を入れると歪みが悪化するので、
適当に 1 kΩ ＋ 1 kΩ の抵抗分圧 ＋ 1 µF のパスコンとしてみました。
発振回路のゲインを決める抵抗 R8 はドレイン側に戻しています。

この回路で、シミュレーションした結果は次のようになります。

波形の拡大図は、

発振波形の振幅は 2 Vpp 強となっていますが、
これは R8 を 4.92 kΩ という値に調整した結果です。

R8 を小さくすれば振幅が大きくなり、
回路のダイナミックレンジに達したら波形が潰れ、矩形波っぽくなっていきます。
また、R8 を大きくすれば振幅が小さくなり、発振が止まってしまいます。
R8 の設定は、結構微妙です。

FFT も掛けてみました。

二次歪は -70 dB 程度で、問題ないと思います。

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さて、CW キーヤーのサイドトーンとして、出力信号を断続させる必要があるのですが、
前回の回路で検討した Q3 が使えなくなってしまったので、別の方法で実現させる必要があります。

ベタな回路でダサいのですが、アナログスイッチで出力信号を断続させることにしました。

シミュレーションでは、LTSpice のモデルに有った ADG821 を使いましたが、
実際は 4052 や 4066 などの汎用 IC を使っても良いと思います。

バッファとイヤホンやヘッドホンなどのドライブを兼ねて、後段に反転アンプを設けました。
R10 を可変抵抗にして、音量調整すれば良いかと考えています。

この回路でシミュレーションしてみました。

拡大図は、

目論見どおり、信号の有無でバイアス電圧の変化がなく、動作しています。
信号の切り替わり部分が急峻なので、後段の反転アンプに軽い LPF を追加しても良いかも知れません。

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9 V および 5 V の単一電源で動作するウィーンブリッジ発振回路が検討できましたので、
9 V 用のオペアンプとして NJM4556AV、5 V 用として AD8532AR を入手しました。
また、ピーク検波用のダイオードとして、1N60 (ショットキーダイオード型) も入手しました。
AGC 制御用の J-FET は、以前に入手した 2SK208 を使う予定です。

さて、9 V、5 V、どちらで作ろうか迷っています。