迷走の果て・Tiny Objects

迷走する日々の覚え書きです。自分で分かってることは省略してますので、念のため。

ブリッジドT発振回路(3)光るランプ

光るランプ以前の記事でランプは光るのか?というコメントに、光らないと返事したんですが、光りました。
ランプ電圧を4V位にしてやると光っているのがわかるようになります。
前の回路定数ではランプ電圧はオペアンプ出力の1/2になります。ランプ電圧を4V以上にするにはオペアンプ出力は8V以上必要です。
発振回路だから出力は交流なのでピークで8*√2=11.3V以上です。
電源は±15Vですが、レールtoレールでは無いオペアンプでは飽和が心配な電圧です。
前の回路ではそこまで出力は上げませんでしたので、光らなかったというわけです。



bridgedT発振回路2今回、回路定数を変更しました。
C!=3300pF、C2=15nFとしました。これによって発振周波数は約2.2KHzになります。
C2/C1≒4.55となりますので、ピークで4.55/2+1≒3.27倍のゲインを持ちます。
ランプ抵抗:VR1=2.27:1となるので当然 ランプ電圧:VR1の電圧=2.27:1です。
V1=(1/2.27+1)*ランプ電圧≒1.44*ランプ電圧 となり、ランプが光るまで出力を上げても飽和の心配が減ります。
上の写真では光ってるのがわかりやすくなるように電圧を高めにしてます。


回路図でC2からバッファ出力しているOUT2があります。高調波を減らせるかも知れないと考えたました。
上がOUT1、下がOUT2です。
高調波が減っていますが、その出方は出力レベルによって変わるので、こういう小細工が必要かどうか・・・。
NJM4580DD_out1_5V.jpg
NJM4580DD_out2_5V.jpg
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ダイソーのかぼちゃで電飾


ダイソーかぼちゃ2ダイソーの蓋付きかぼちゃ、200円也(税別)。
大きいです、最大直径17センチ。
手前のは百均で買ったUSB接続LEDランプの基板。
以前記事にしたことがあります。左のがダイソー右がミーツ
これを組み込んで、またまた店の電飾にしようというわけです。


LED基板1今回はミーツの基板を使いました、スペーサーと電流制限用の抵抗をL金具で取り付けます。


LED基板2以前に店の電飾用に作ったコントローラーを流用します。
前は12VのLEDテープを使ったのでACアダプタに12Vのを使いましたが、今回のLED基板は5V動作です。
電圧が高すぎるんで5VのACアダプタを探しましたが、全部使用中。やむなく抵抗でドロップすることにしました。
39ΩでLED電流は200mA程度になります。10Wのセメント抵抗を使ったのは発熱がどれぐらいになるかわからなかったためです。
店に飾るので当然手元に無いわけですから、万が一のトラブルがあっては大変です。
ですので表面積の広い10W抵抗を使い、ケースの後ろには通気用の穴を開けておきました。


LED取り付け取り付けの様子。
蓋をして数時間動作させました。抵抗は熱くなってましたが、触れないほどではありませんでした。
連続点灯ならセメント抵抗の消費電力は1.6Wほどですが、実際は点滅を繰り返すので1W以下になるはずです。
これなら5Wの抵抗でもよかったかも、まぁいまさら変える気はありませんが。


ブリッジドT発振回路(2)オペアンプとっかえひっかえ

先の回路でオペアンプをいろいろと取り替えて、スペクトルを見ました。

VR1を調整してV1を5Vrmsに設定しました。

C2=2*C1としているためブリッジドT発振回路のためのシミュレーションの記事で書いたようにピークで2倍のゲインがあります。
そのためランプとVR1で1/2に分圧して発振の振幅条件を満たします。ということはランプの電圧は2.5Vrmsになります。

前に調べたランプの特性グラフより、電圧2.5Vの時のランプ抵抗は約290Ω、電流は8mArmsと読めます。ランプの消費電力は20mWということになります。
またVR1はランプ抵抗と同じになるはずです、実測で285Ωでした。

V1のピーク電圧は5*√2=7.07V、電流は8*√2=11.3mAです、使うオペアンプはこれ以上のドライブ能力が必要です。

bridgedT発振回路

試したのは
OPA2134、NJM4580DD、LF412、LM833、NJM4558DD、NJM2082、LM358です。

bridgedTout2_LM833_3.jpgOPA2134、NMJ4580DD、LF412、LM833 ではほとんど差がありませんでした。
LM833のだけ載せます。
2次高調波 -100dB程度。


bridgedTout2_NJM4558DD_3.jpgNJM4558DD、2次高調波 -95dB程度。


bridgedTout2_NJM2082_3.jpgNJM2082、2次高調波 -90dB程度。


いずれもちょっとした実験には十分なレベルだと思いますが、
bridgedTout2_LM358_3.jpgLM358の場合はクロスオーバー歪が発生するのでこういう回路では使えません。


ブリッジドT発振回路(1)

DABP発振回路に続き、今度はブリッジドT発振回路を実験してみました。
振幅制御はDABP発振回路と同じランプです、まだたくさんあるので^^;;

ブリッジドT発振回路はだいぶ前に試したことがあります。

ブリッジドT発振回路の実験
ブリッジドT発振回路のためのシミュレーション
ブリッジドT・伝達関数

回路図です、C2はC1の4倍にしている例が多いのですが、DABP発振回路との比較のため2倍にしてあります。
bridgedT発振回路

実験基板、回路図ではLF412となってますが写ってるのはOPA2134です、他にはNJM4580も試しました。
bridgedT発振回路実験基板

さてスペクトルですが、USBオーディオデバイスの入力設定に問題がありました。
前から2次高調波が多いように思ってたのですが、どうやらUSBオーディオデバイスの歪のようです。

入力レベルのピーク 約-2dB。
bridgedTout2-2dB.jpg

入力レベルのピーク 約-4dB。
bridgedTout2-4dB.jpg

入力レベルのピーク 約-10dB。2次高調波は見えなくなりました。これぐらいにしておかないといけないようです。
bridgedTout2-10dB

今までの測定結果を見直さなければなりません。何やってんだか^^;;

WaveSpectraの設定。レベルメーターは常時表示するようにし、縦軸のシフトはNormにしておきます。
以後これで統一します。
WaveSpectra設定

AD587を使った基準電源【追加有り】

数年前にSNSで知り合った方からICをたくさん頂きました。
その中にあったのが10V電圧リファレンス AD587 です。
ユニバーサル基板でちょこっと作ったものの、放置したままになっていたのですが、ようやくケースに入れました。といっても百均のプラケースですが。

【追加】
ICを譲っていただいた方からご指摘を受けました。ありがとうございます。
NJU7660ダイオード
NJU7660のデータシートによるとVin>6.5Vのときは図のようにダイオードを入れるようにと書いてあります。
NJU7660はICL7660のセカンドソースとばかり思ってまして、まったくデータシートを読んでませんでした。
下の回路図にはダイオードが入ってません。
【追加終わり】


AD587基準電源回路図

恥ずかしながらの内部。006Pは動かないようにプチプチで包んでます。
201701001AD587基準電源内部

手持ちの古いテスターで測ってみました。
201701001AD587基準電源

頂いたのは AD587J ですので、定格内に収まってるようです。
AD587J.jpg


AD587 の電源には当初 ICL7662 を使っていました。ケースに組み込む前に、電圧-電流特性を測ってみました。
9Vの電池の代わりに自作電源を繋いで9Vから電圧を下げながら電流を測りました。

AD587_ICL7662特性
6Vまでは出力も一定(9.99V)ですが、5.5Vで低下し、消費電流は逆に増えてしまってます。
ICL7662 のLV 端子をGND に落とさずに使っていたのがまずかったようです。
ICL7662は20Vまで使えます、この回路にはもったいないので手持ちにあったNJU7660と入れ替えました。
これで電源5.5VでもOKとなりました。

DABPを使った発振回路(5)ランプの特性、分圧抵抗を変更、コンデンサを変更。

KOITO E1543の特性、10個のうち1つしか測定していませんが、5Vを印加したときの電流のばらつきが12.9mA~13.2mAの範囲に収まってましたので大きくずれていることは無いでしょう。
KOITO_E1543特性グラフ

回路を変更。
分圧抵抗を半固定抵抗からDIPスイッチによる切り替え式に変更、100Ωステップで700Ωまで切り替えられるようにしました。
DABP_OSC_Lamp回路3

実験基板。4極のDIPスイッチを二つ載せてます、1つは上に書いたように分圧抵抗を100Ωステップで切り替えるため、もう1つは10Ωステップで切り替えるためなのですが、うっかり抵抗を買い間違えたので配線はしてません。
黒い部品が二つ見えますが、これはルビコンのポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサです。デジットで入手しました。ポリプロピレンフィルムコンデンサとの違いを見るためです。
DABP_OSC基板20170924

M-Testerで測ってみましたが、ESRは同じ容量のポリプロピレンフィルムコンデンサと同じ18Ω。
ESR_PPS.jpg

分圧抵抗を300Ω、VR3最大に設定。コンデンサを変えてTP-BとTP-Cの電圧を測りました。

ポリプロピレンフィルムコンデンサ
V(TP-B)=1.38Vrms
V(TP-C)=1.09Vrms
V(TP-C)/V(TP-B)=0.79

ポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサ
V(TP-B)=2.19Vrms
V(TP-C)=2.05Vrms
V(TP-C)/V(TP-B)=0.94

V(TP-C)/V(TP-B)が大きく改善されています。
ESR=0 なら V(TP-C)/V(TP-B)=1 となるはずです。

ポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサはポリプロピレンフィルムコンデンサと比べてESRが小さいということになるのですが、M-Testerでの測定値はどちらも18Ωでした。
M-TesterのESR測定方法がわからないのですが、鵜呑みにしてはいけない場合もあるようです。







DABPを使った発振回路(4)ランプ変更(修正版)

【間違いがあったので修正しました】
ランプを変更しました。
ネットで検索していて偶然見つけました。
小糸製作所のE1543、モノタロウで購入
10個入り、こんなに必要ないんですが・・・。一番右のは外したランプ。

定格28V40mAですが、E1660:定格28V30mAというのがあるのを後で知りました。
ランプとして使うのではなく、振幅制御として使うので電流値は少ないほういいのです。いまさら買い足す気はありませんが。

5Vを印加したときの電流値を測ってみましたが、12.9mA~13.2mAの範囲に収まってました。

実験の様子、下の黒い台は居酒屋ガレージさんの「はんだ付け補助ツール:文鎮」「男の黒」です、とても便利ですよ。
DABP_OSC基板20170918


回路図を書き直し。U1bとVR3は測定時に便利なように追加。
DABP_OSC回路20170918



スペクトル。
DABP_OSC_4580DD_LAMP_KOITO_E1543.jpg

オシロでの波形、VR3は最大にしてあります。
TP-Bは3.9Vp-p、TP-Cは3.2Vp-pとなってます。同じになるはずだと思ってましたが、そうなってません。
TPB_TPC.jpg


ESR(等価直列抵抗)の影響かもしれません。

ESRについてはリンクさせていただいているセピーナさんの
誤解している人が多そうなコンデンサの“ESR”の意味
が参考になります。

0.047μFのキャパシタを外し、以前に買ったMTesterで測ったところ、ESR=18Ωと出ます。
ESR.jpg

MTesterがどのようにしてESRを測っているのかわかりませんが、これを元にシミュレーションしてみました。
out1がESR無し、out2がESR有りです。
LTSpice.jpg

シミュレーション結果、out2はout1に比べて2.5dBほど低下してます。
LTSpice_sim.jpg

先の実験では3.9Vp-p -> 3.2Vp-p となったので1.7dBの低下ですから、シミュレーションとは一致しません。
ESRは一定ではなく周波数によって変化するということですので、MTesterの数値を使ったシュミレーションと違っていても当然かもしれません。


DABPを使った発振回路(3)LEDからランプ制御へ

2次高調波を減らせないかとあれこれやってます。
LEDの下にある3x3の丸ピンソケットは、LEDのバランス調整用の半固定抵抗を取り替えて2次高調波が減るかどうか試すためですが、あれこれ変えても結果はダメでした。
22μFのバイポーラコンデンサを直流成分をカットするために入れてみましたが、これもダメ。


2次高調波はLEDリミッタの問題ではないようです。確認のため振幅制御に手持ちのランプを使ってみました。
DABP_OSC_Lamp回路

ランプの取り付け、ソケットが無かったのでスズめっき線を巻きつけました。
Lamp取り付け

かなり以前にデジットで買ったランプ、定格24V25mAですが、今もあるかどうかわかりません。
Lamp24V25mA.jpg

スペクトル。3次高調波は減りましたが、2次高調波のレベルは変わりません。
発振が安定するまで振幅が波打ちます。ランプ任せなので仕方の無いことですが。
Lamp制御

どうやら2次高調波はDABP側の問題のようですが、理由がわかりません。

ちょっと頭冷やします。

【追記】
昨日で64歳になりました。
64=0b01000000
ですから二進数ではキリのいい数字です、それがどうしたと言われたらそれまでですが・・・。

DABPを使った発振回路(2)

前の記事で高域発振はデュアルオペアンプのクロストークの影響かもしれないと書きました。
確認のため実験しました。

まだオペアンプは載せてませんが。
DABP_OSC2基板


GICを構成する二つのオペアンプに別々のデュアルオペアンプを使いました、これでクロストークの影響を確認できます。

結果はダメでやはりNJM4580では高域発振します。
クロストークの影響でありませんでした。

あれこれ考えた末に、R4とR5をそれぞれ1KΩにしたところ(以前は5.1KΩ)、高域発振はなくなりました。
DABP_OSC5_201709030540587f6.png

「R4とR5は同じにしておけば値は問題ではない」という記事を見たことがありますが、広帯域のオペアンプが無かった昔々の話でしょうか?
この二つの抵抗はネットで見ると10KΩを使ってることが多いようです。発振に悩まされてるという記事もありました。

残念ながら、この抵抗の値によって高域発振したりしなかったりする理由が私にはわかりません。

なおVR2は二次高調波を減らせるかもしれないと思いつきで入れただけです。効果はまったくありませんでした。
もう少し大きな値が必要かと思います。

DABPを使った発振回路

DABPはバンドパスフィルタですので振幅制御して入力と出力を繋げば発振するはずです。
そこで下図のような回路で実験すべく久々にデジットでお買い物。
ところがコンデンサを買い間違えてしまいました。
やむなくC1、C2は回路図上では0.047μFとなってますが、実際は手持ちの0.1μFを使ってます。
振幅制限は簡単にLEDリミッタとしました。またBPFとしてのQは30です。



DABP_OSC基板


WaveSpectraで測定。
THDは0.01%を切ってます。2次高調波が大きいのですが、リミッタが正負対称になっていないのかもしれません。LEDは特に選別はしていません。あるいはオペアンプの出力にオフセットがあるからかもしれません。
VRを調整してなるだけ高調波が少なくなるようにしますが、やりすぎると発振が停止します。
発振停止寸前まで追い込んでやると今度は電源投入から振幅が安定するまで時間がかかります。
私の実験では20秒ほどかかりました。
DABP_OSC.jpg

気になるのは中心周波数±30Hzぐらいにある二つのピークですが、これが出る理由がわかりません。
300Hz_700Hz.jpg

オペアンプは当初NJM4580DDを使いましたが、数MHzで発振しました。
500Hzぐらいで発振してますが、高い周波数での発振が混ざってます。
DABP_OSC異常発振

拡大してみると、4MHzぐらいの発振です。
DABP_OSC異常発振拡大


利得帯域幅積 はLF412が3MHzなのに対し、NJM4580DDは15MHzと広帯域です。
デュアルオペアンプはクロストークがあるのでその影響かもしれません。特にGICのような両入力端子を使っている場合は余計に影響を受けやすいのではないかと思います、定量的な話が出来ませんが。

周波数を可変にしようとするとちょっと厄介です。R2とR3を二連ボリュームにすればいいように思いますが、それではBPFのQが変わってしまいます。当然THDも変わります。
C1もGICで可変にすればQを変えることなく周波数を可変に出来ますが、そこまでやるなら状態変数型のほうがいいでしょう。

スポットオシレーター向きといえます。



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