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シズオカAR96／JR2GUI
(2024/5/13 10:35:04)
過電圧保護・クランプ回路
(2015/10/26 21:22:00)
先の記事にも書きましたが、74HC4017の入力レベルは LOW：1.35V以下、HIGH：3.15V以上
としたい。もうひとつの制約事項として Vinは0V～Vcc
という記載もデータシートにあります。またVccは4~6Vが定格。結構狭い範囲で振幅をコントロールしてやらないといけませんね。
発振回路の出力はプラスマイナス両側にほぼ均等にスイングしてます。これを以下のようなレベルに収めたいです。
・マイナス側をカットして最低レベルを0V以上に
・必要な振幅を確保しつつVccは超えない
・出力のDutyをできるだけ50%に近くするためHIGHレベルを超える時間を長くとりたい
正弦波のピークで一瞬超えるだけだと出力波形（方形波）のDutyはすごく低く（幅の狭いパルスに）なってしまいます。
さてどうするか？真っ先に思いついたのはギターのエフェクター作りで用いたクリッパ回路。ダイオード2本で波形の上下を削り取れるので振幅制限ができます。しかしボトムを0V以上にすることができない。
＜クリッパ回路＞
2本のダイオードを信号線とGNDの間に向きを交互に入れることで波形の上下を切り取る。ダイオードのVf（順方向電圧）を超えた分がGNDに流れる。
「過電圧保護回路」などのワードでGoogle検索してみると信号ラインと電源ライン、および信号ラインとGNDラインの間にダイオードを入れたものがヒットしました。
＜過電圧保護回路＞
電源＋ダイオードのVfの合計値より高い電圧がかかったときには信号ラインは電源ラインに短絡され、GND-ダイオードのVf以下の電圧がかかったときにはGNDに短絡するというものです。他にもリミッタ回路とかいろいろ呼び名があるようです。
これを試してみたところ、波形が正側にシフトしてくれました。ピーク値については電源電圧よりダイオードのVf分高くなってしまうので74HC4017の推奨入力レベル：0V～Vccよりちょっと高くなりますがこれは発振段の出力調整でVccを超えないレベルに調整することにします。
左：ダイオードなし 右：過電圧保護回路あり
その他、調べた項目として・・・
＜クランプ回路＞
ダイオードとコンデンサのみで波形を正側にシフトできる回路です。入力信号が負の半周期のときはGNDからダイオードを通ってコンデンサが充電され、正の半周期のときは入力信号とコンデンサが直列になるので2倍の振幅になる（片側の振幅が2倍なので元の正負両側を合わせた振幅と同じ）。
さて、いよいよ次回は分周です！
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