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。

位相検波のための覚え書き

リンクさせて頂いているねがてぃぶろぐさんがLTspiceで秋月インダクタンス計をシミュレーションされていたので、私もやってみました。位相検波によってインダクタに抵抗分があっても正確にインダクタンス値を測定できるとのことです。
あれこれシミュレーションしたり、理論付けしたりしてみると、小さなインダクタほど測定が難しいという当たり前の結論になりました。
以下は理論付け(というほどでもないのですが)のために導出した式です。

位相検波には90度ずれた二つの信号が必要です、正確に90度なら問題ないのですが、実際の回路ではそうはいきません。90度からのずれが出力にどれだけ影響するのか知るために導出しました。
ちゃんとした説明無しに載っけます、間違いがあるかもしれません。
自分で解ってるつもりでも文章にするのは難しいものです(と言い訳・・・)

位相検波のための覚え書き

追記
インダクタが1μH(1KHzにおけるインピーダンスは0.00628Ω)、直流抵抗を0.1Ω、位相のずれΦを1度(ラジアン単位で0.017)とすると
1+(0.1/0.00628)*0.017=1.27
約30%の誤差が出ます。

LTSpiceでのシミュレーション結果。周波数は1KHz、90度からの位相のずれを1度、インダクタ1μHとし、
抵抗値を0.01Ω(赤色)、0.1Ω(水色)、1Ω(青色)と変えた場合の結果です。

LmeterSim.png
実際の所1μHのインダクタはエナメル線を何回か巻けば得られるでしょうから直流抵抗が1Ωになるとは考えられませんが。
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CyInstaller for PSoC Designer実行中・・・・



いつになったら終わるんだろう・・・・。
結構時間がかかります。




updated.png

やっと終わりました。

状態変数型発振回路3

シミュレーションの通りに回路を変更して実験してみた。問題なく発振する。
C1=C1=150pの時に発振周波数が高くなると振幅が大きくなるのも同じ。
いつまでも実験ばかりしていても仕方がないのでちゃんと組んでみることにする。
状態変数型発振回路LEDリミッター回路3
S1は三回路四接点のロータリースイッチ。
周波数レンジは
10Hz~100Hz
100Hz~1KHz
1KHz~10KHz
10KHz~100KHz
の4レンジとする。
10KHz~100KHzで振幅が大きくなるのをR9とC9のフィルタで補正するのだが、この部分のみまだ実験していない。

VR2には手持ちの100KΩ多回転半固定抵抗を使ったが、実測値39.1Kだったので36KΩ+10KΩ半固定抵抗でもいいだろう。

状態変数型フィルタのシミュレーション

状態変数型フィルタ回路
あれこれ条件を換えてシミュレーション中、オペアンプの入力端子間にコンデンサを入れてシミュレーション。5pぐらいなら問題ないと思う。もっと大きくすると面白い(汗)ことになる。
R14、R15とR13、R11は10KΩ二連ボリュームのつもり。(ここに電子ボリューム、たとえばPGA2311とかLM1972等を使うことを検討している、まぁまだまだですけど、まだIC入手していないし、電源が±15Vじゃないし・・・)
+1してあるのは抵抗値をゼロにしないため、ゼロにするとエラーになる。
2011011519513983d_20110115205746.png



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状態変数型発振回路2

C1=C2=150pFでの発振が安定しません。10KHz~100KHzまで発振するはずなのですが。
二連ボリュームには東京コスモスのRV24YGを使ってますが、金属のカバーが電気的に浮いています。
二連ボリュームの処理
恥ずかしながら実験基板の様子です。銅箔テープを巻いてグランドに落としました、この金属カバーには何か塗装でもしてあるのかハンダが乗りません。表面をヤスリで削ってハンダ付けしました。
発振は安定しましたが、下図の「見直し前」の様に発振周波数を変えると振幅が変化します。しかもピークがあります。

状態変数型発振回路LEDリミッター振幅周波数特性2


状態変数型発振回路LEDリミッター回路2
配線を短くする等の見直しを行い、二連ボリュームとR5・R6の位置を入れ替えました。
振幅特性は「見直し後」のようになりました。
発振周波数が高くなると振幅も大きくなるのはLTspiceで確認しました。100KHzぐらいだとオペアンプのオープンループゲインがあまり大きくないので影響が出るようです。
10KHz~20KHzで振幅が小さくなるのは二連ボリュームのギャングエラーの影響と考えられます。

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二転三転発振回路

先の回路では高い周波数で発振が安定せず、回路を変更しました。
稲葉保著「定本発振回路の設計と応用」を参考にしました。(・・・ほとんどそのままですが)
状態変数型発振回路
LEDリミッターにしました。回路図にあるU3は未実装です。
状態変数型発振回路LEDリミッター1KHz
リミッター式であるにもかかわらずTHDは0.01%切ってます。

オールパスフィルタ発振回路FET定電流リミッター式・2

C1=C2=0.15μFとした時、約7Hz。
定電流リミッター7Hz
WaveSpectraの設定、ログスケールだと20Hzからなのでリニアスケールに変更した。
定電流リミッター7HzWS設定値

オールパスフィルタ発振回路FET定電流リミッター式

ブリッジドT発振回路をあれこれ実験していたんですが、二連ボリュームのギャングエラーにより、発振振幅が変化したり発振が停止したりします。
振幅制御が簡単なリミッター式では仕方ないのかもしれません。
そこで以前ちょっと試したままで放置しているオールパスフィルタによる発振回路に再挑戦しました。
移相発振回路fet定電流リミット
振幅制限には横井与次郎氏著「リニアIC実用回路マニュアル」249ページに紹介されているFETによる定電流リミッターを使ってみました。
FETは2SK30AYを使いました、数個買ってIDSSの同じFETを探します。そうしないと二次高調波が出ます、それでも完全に同じにするのは無理なのでVR4で二次高調波が最小になるようにします。
出力をC1から取っていますが、こうすると歪率が低下します。
原理的に振幅特性がフラットなので二連ボリュームで発振周波数を変えても出力振幅は一定です。

問題点としては
・オペアンプが多く必要になります。
・振幅特性がフラットということは高域で発振する場合があります、実際本回路では約1MHzの発振がみられたのでC1を入れて発振を止めました。このため高い周波数(100KHzぐらい)での発振がうまくいかない可能性があります。まだ実験してませんが。
FET定電流リミッターは温度により定電流値が変化します。温度変化により振幅が変化し、最悪発振停止する場合があります。ここではR7をいれて影響を抑えるようにしていますが、FETを指でつまんで加熱してやると振幅の変化するのがわかります、2dBほどですが。

定電流リミッター1KHz
発振波形です、歪率をもっと低くできるのですが、温度による振幅変化の影響が大きくなりますので、これぐらいで妥協しておきます。
リミッター式は歪ませる事により振幅を安定させているので低歪みと安定動作を両立させるのは困難です。

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