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。

簡易交流電圧計の実験(2)パルスジェネレーターで周波数特性を測ってみる。

自作のパルスジェネレーターを使って周波数特性を測ってみました。
パルスジェネレーター出力に可変抵抗器をつなぎ、振幅を変えて測定した結果です。
ACmeter実験グラフ方形波入力2
入力5Vp-pでは高域での落ち込みが目立ちますが、オペアンプのスルー・レートの影響が支配的になります。
使ったOPA2604のスルー・レートは25V/μsですから5Vスイングするのに0.2μsを要します。
周波数1MHzすなわち周期1μsでは立ち上がりに0.2μs、立ち下がりに0.2μsの台形波となり、これはスルー・レートの影響を無視できる低域に比べて出力は単純計算で0.8倍になります。
さらにオペアンプのオープンループゲインの低下も影響します。OPA2604の1MHzにおけるオープンループゲインは25dBすなわち約18倍ですので、仕上がりゲインは計算上のゲインより18/19倍になります。オペアンプを2つ使っているので(18/19)^2となり、先のスルー・レートの影響と合わせて
(18/19)^2*0.8=0.72
となります。
実測値は100Hzで2.70V、1MHzで1.88Vでした。
2.70*0.72=1.94ですので、ほぼ合っていると言えます。
同様に入力5Vp-pで100KHzの場合も同様に計算してほぼ一致します。
あくまで単純計算です。

と、ここまで書いておきながら、入力0.5Vp-pの時はほぼフラットになってます。
私の頭ではちょっと説明がつきません。
もう一度測定しなおしです。

ダイオードはシリコンを使ってますが、ショットキーバリアーダイオードのほうがいいんでしょうね。
休日の課題です。

ところで昔々のトラ技で、オペアンプに方形波なんか入れたら出力が変なことになるからダメ、みないな記事を読んだ覚えがあるんですが・・・。
記憶違いかも・・・。

簡易交流電圧計の実験(1)

リンクしているセッピーナさんのブログに
交流電圧計(ミリバル)の簡単な作り方
という記事がありましたので試してみました。
ただし回路はすこし変えてあります。
セッピーナさんの記事ではR3、R4はともに100KΩですが、大きすぎるんじゃないかと思いました。
LTspiceによるシミュレーションでも小さいほうが周波数特性がよいと言う結果が出ましたので下図の定数に変更しました。
その結果、入力抵抗が小さくなるのでボルテージフォロワを入れました。C1、R1は手持ちを使ったので適当です。
オペアンプは手持ちの中ではGB積20MHzと広帯域なOPA2604を使いました。
出力にデジタルテスターを繋ぎます。
ACmeter回路

実験の様子、左上のはXR2206を使ったファンクションジェネレータの実験基板、右下が今回の簡易交流電圧計アダプタ。
ACmeter実験

周波数特性です。
正弦波を入れるべきなんでしょうけど、XR2206ファンクションジェネレータの正弦波波形が綺麗ではないので三角波としました。
入力電圧は1.2Vp-pとしました。
実験していて初めて気づいたのですが、XR2206ファンクションジェネレータの出力レベルは一定ではなく周波数と共に少しずつですが大きくなっていきます。
測定では周波数を変えるたびにオシロスコープで振幅を確認して1.2Vp-pになるよう調整しました。
ACmeter実験グラフ
うねりがありますが、上に書いたように振幅を手動で調整したことと、周波数が高くなると三角波の波形もかなり悪化するのでその影響も考えられます。

まともな発振器を作らねば・・・、パルスジェネレーターなら10MHz超のがあるんですが。

XR2206ファンクション・ジェネレータキット(3)

12V以上で出力が不安定になる件について。

実は十年近く前にXR2206を試したことがあります。
ファンクションジェネレーターIC XR-2206CP
XR-2206の実験 DSB
XR-2206の実験(3)

私の悪い癖ですが、ちょっと試して後は放置したままでした。
押入れから探しだして電源電圧14Vで試しましたが、波形の乱れはありません。
まさかと思って私の実験基板で使っているXR2206をキットのと入れ替えたら問題なし、波形の乱れがありません。
キットのXR2206を私の基板に入れ替えたら波形が乱れます。

どうなってるんでしょうか?ICの違い?

写りが悪いですが写真を載せておきます。
左が私の実験基板で使っているXR2206、右がキットのXR2206。
ロゴマークに違いがあります。
まさか右側はパチモン?


調べてみるとXR2206はとっくの昔に製造中止になってます。

さて、このキットどうしようか?ケースに組み込む気も失せてしまいました。
久しぶりにあれこれ遊べて、ブログネタにもなったので元は取れたかと・・・。

XR2206ファンクション・ジェネレータキット(2)

部品を一部追加変更しましたので回路図を書き直してみました。(クリックで拡大)
XR2206fg回路

・R1を1KΩから4.7KΩに変更、先の記事でも書きましたが1KΩでは小さすぎます。

・C8を100pから470pに変更しました。
データシート11ページには
Recommended values of C are from 1000pF to 100F.
とあります。あくまで推奨値ですから1000pF以下でも動作しますが、発振周波数が計算式から大きくずれてしまいます。
C8=100pFの時の最高周波数は計算上は1.96MHzですが、実際は1.2MHz程度になります。
正弦波の歪みも大きくなるので470pFとしました。
XR2206正弦波の歪み

データシート7ページから引用



・R6を5.1KΩから3.3KΩに変更、C8を大きくしたので最高周波数が約350KHzとなりました(計算上は約420KHz)
500KHzぐらいまでは出したいので小さくしてみました。

・C9を追加、データシートの回路図にはついているキャパシタですが、このキットでは省かれています。
このキャパシタがないとR2を調整しても出力を絞り切れません。三角波出力で1Vp-pまでにしかなりません。
つけることによって20mVp-pぐらいまで小さくできます。完全に0Vにはできませんが。

一つ問題があります。取説には
Supply more than 12V,the output waveform is unstable.
とあります。なぜ12V以上で出力が不安定になるのかわかりません。

実際にやってみると確かに乱れます。14Vの時の三角波です。
VCC14V.jpg
R7、R8をゼロに回しきるとかなりましにはなりますが、乱れは収まりません。
12V以下なら問題ないようですが、それよりも理由がわかりません。
データシードでは動作電圧は10V~26Vとなっているのですが・・・。

XR2206ファンクション・ジェネレータキット(1)

AliからXR2206ファンクション・ジェネレータキットを購入しました。
寒いのと歳のせいかやる気が出なくて、今年に入って半田付けしてません。
そこで簡単なキットでリハビリ(??)しようと思いつきました。

同じキットがアマゾンでも売ってますが、中には2万円超なんて値のものもあります。誰か買うんでしょうか?

キットには簡単なマニュアルがあります。ボードレイアウト・部品表・組み立て方(英語)と回路図です。

回路図ですが間違いがあります。
XR2206FuncGene回路図
発振周波数は5レンジあるのですが、5×2のピンヘッダを使い、つまみ付きのジャンパーピンで切り替えるという方式です。
普通はロータリースイッチを使うところでしょうが、コストダウンのためでしょうね、私には思いつかない方法です。
ちなみに秋月でつまみ付ジャンパーピン売ってます。

回路図では4×2のピンヘッダになってますが、これが間違いです。

あと間違いではないのですが、R1が1KΩになってますが、小さすぎると思います。
11pinのSYNCOは単なるオープンコレクタで、データシート5ページ目によると2mA流したときの飽和電圧が0.6Vとなっています。
このキットの電圧は9V~12Vですから10mA程度流れることになります。
写真は載せませんが、オシロでの観測でVCC=10Vの時に飽和電圧は1Vほどありました。
データシートの参考回路でもこの抵抗は5KΩ~10KΩになっています。

さらにタイミングキャパシタですが、C4(10μF)以外は全部積セラのようです。積セラは印加電圧によって容量が変化するものがあります。
そういうものを使うとこんな出力になります。
C5(1μF)を選んだときの三角波出力です。
キャパシタを定電流充電しているはずだから直線になるはずですが、歪んでます。
cap1uF.jpg

デジットで積層フィルムキャパシタを買って交換しました。基盤下にあるのは外した1μFです。
XR2206FG改造

これできれいな三角波になりました。
Cap1uF_film.jpg

ちょこちょこっと半田付けしてお終いにするつもりでしたが、突っ込みどころが多くて結構遊べます。

DABP発振回路を使ってキャパシタのESRを測定する構想(2)断念

前回の記事0.047μFのキャパシタの1KHzにおけるESRを測定出来ましたが、キャパシタ値を変えてシミュレーションしてみると、この方法では難しい場合があるとわかりました。
キャパシタ値が大きい場合はいいのですが、小さくすると測定が困難になります。
DABP発振回路で0.01μFのキャパシタの1KHzでのESRを測定するのに必要なインダクタは2.53Hになります。
LC共振回路だけ抜き出し、ESRを1Ω・10Ω・100Ωとかえてシミュレーションしてみました。
緑色がESR=1Ω、青色ESR=10Ω、赤色ESR=100Ω。
入力1Vに対しESR10Ωで出力は0.996Vですから0.4%の低下。これでは以前のようにオシロによる目測は不可能です。
出力を整流してDC化しAD変換するにしてもADCのビット数が問題になりそうです。ArudinoのADCは10ビットですから不足です。
ESRL2_53H.png

0.001μF(1000pF)だとさらに困難になります。
ESRL25_3H.png

インダクタ値が大きくなる影響で、これは以前求めた計算式から予想できたことなのですが、シミュレーションしてみるとやる気が失せました。
周波数を高くする手もありますが、あれこれ面倒なことが見えてきましたので、この方法はやめます。

DABP発振回路をつかったいわば自励式でのESR測定ができるかと思ったんですが、甘くなかった。
他励式で考え中。

Androidアプリ:Resonance Calculator LC共振回路の計算に便利

Resonance Calculator はキャパシタ値とインダクタ値から共振周波数を計算出来るだけでなく、
共振周波数とキャパシタ値からインダクタ値を、
共振周波数とインダクタ値からキャパシタ値を計算できる便利なアプリです。

使い方は至って簡単です。ちょっと使ってみればわかります。
スクリーンショット中央左側のボタンが F? となってますが、これは周波数を計算する場合で、
タップすると L? となりインダクタ値が計算できます。さらにタップすると C? となってキャパシタ値が計算できます。


Resonance_Calculator2.pngインダクタを計算しているところ。
単位もタップで簡単に切り替えられます。

スマホ買ってよかったと思えるアプリです。



DABP発振回路を使ってキャパシタのESRを測定する構想(1)追記あり

【追記しました】
以前の記事でDABPフィルタを使った発振回路の実験をしたことがあります。
DABP(Dual Amplifer Band Pass)フィルタとGIC(Generated Immitance Converter)の解析
DABPを使った発振回路
DABPを使った発振回路(2)
DABPを使った発振回路(3)LEDからランプ制御へ
DABPを使った発振回路(4)ランプ変更(修正版)
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

下図がDAPB発振回路。
右側が回路図で、点線から右がGICを使った仮想インダクタです。R4=R5の時にV3=2*V2と2倍のゲインを持ちます。
左側が概略図、V3を振幅制御用のランプとVR1で分圧します。
ESR=0ならV1=V2となるはずですが、実際にはESRの影響でV2<V1となります。
そこでESRを含んだLC同調回路の伝達関数を求めればESRを計算できるのではないかと考えました。

ESR測定回路

上の概略図でのV2/V1を求めてみました。
途中計算は省略し、結果だけ載せます。
発振回路ですので位相=0ですから伝達関数で虚数部=0として求めました。
ESR計算式

とりあえずここまで。

【追記】
過去の記事の測定結果を元にキャパシタのESRを求めてみます。

まずインダクタLの値を求めますが、GICを使っているので
L=R2*C2*R3となります。
上の回路から
L=3.3e3*0.047e-6*3.3e3=0.51Hです。
さらにC=0.047e-6、R1=100e3ですので
L/(C*R1)≒109
ESR=109*(1-G)/G
で計算できます。
過去の記事では
ポリプロピレンフィルムコンデンサ
G=0.79 ---> ESR≒29Ω
ポリフェニレンスルフィドフィルムコンデンサ
G=0.94 ---> ESR≒7Ω
と計算できます。ちなみに発振周波数は約1KHzです。

これで0.047μFのキャパシタの1KHzにおけるESRが測定出来たことになります。

問題点
・キャパシタの値を変えると発振周波数が変わります。例えば1KHzにおけるESRを測定しようとすればキャパシタに合わせて仮想インダクタ値も変える必要があります。
・仮想インダクタは理想的インダクタとみなしていますが、現実はどうなんでしょう?
・振幅測定はとりあえずの実験ですのでオシロによる目測です。これでは面倒なので整流して、例えばArduino等でAD変換して計算させるぐらいはできないと。

スマホとmicro:bitをBluetoothでつなぎたいのだが・・・。

Androidアプリのmicro:bitをスマホにインストールしたものの、どうにもBluetoothでうまくつながらない。

アプリの画面、ペアリング出来ていることになってます。
microbitpaired.png

スマホのBluetooth設定画面でもちゃんとペアリングできていることになってます。
microbitペアリング
ところがそれから先がダメ、何度やってもエラー。
ペアリングを消して再度設定しなおしても同じことの繰り返しなので、しばらく様子見です。

micro:bitのレビューを見ても評価が二分してます。
星5つと星1つがほぼ同じ、私と同じように使えないという人が多いようです。
ちなみに私のスマホはAndroidone S2(Ymobile)、Androidのバージョンは8.0.0です。

microbitレビュー

Androidアプリ:Signal Generator

初めてスマホを買いました、ワイモバイルのAndroid One S2(京セラ製)です。
こちらによると「性能を落とした廉価版スマホ」と書かれてますが、まぁ気にしません、というより高いのは買えません(涙)

購入して以来、アプリをあれこれとダウンロードしています。主に関数電卓やシグナルジェネレーターでして、ゲームはチェスだけ。
今回はSignal Generatorについて書きます。

Signal_Generator.png説明が必要ないほどシンプルな操作面です。
正弦波、ピンクノイズ、ホワイトノイズが出せます。


SignalGenerator1KHz.png1KHz正弦波、THDは0.01%以下、こんなのを見るとオペアンプで発振回路を作る気が失せてしまいます。
ただ出力レベルは最大でも0.32Vp-p(オシロによる実測)
もう少しほしいところですが、仕方ありません。オペアンプで増幅回路でもつけますか。
周波数を変えてみましたが18KHz位までほぼフラットでした。



SignalGeneratorWhiteNoise.pngホワイトノイズ、300回のアベレージングをしてます。


SignalGeneratorPinkNoise.pngピンクノイズ、同じく300回のアベレージング。
3dB/octの傾きを持ちますが、オペアンプでこれを出すのが結構厄介です。ホワイトノイズをフィルターに入れて作るのですが、一次LPFでは6dB/octですのでダメです。
たとえば辻井浩一氏のWEBページ電脳工作室analog circuit3dB/oct. filter(ホワイトノイズ-ピンクノイズ変換回路)にあるような回路になります。



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