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2015年11月28日 (土)

高速オペアンプLM7171を使えばミリバル(交流電圧計)の周波数特性はよくなるか?

前記事、前記事での結果は

交流電圧計の周波数特性はシリコンダイオードを使うよりゲルマニウムダイオードを使った方がよくなる。

ただしゲルマニウムダイオードは(おそらく逆方向電流が原因で)直線性に問題がありそうだ。

ということでした。後者は後回しにして引き続き周波数特性について考えます。

シリコンダイオードを使うと周波数特性が悪くなる原因は電流電圧特性の非直線性が原因でスルーレートが上がってしまうためと思われるのですが、もしそうならスルーレートが高いオペアンプを使えば改善するはずです。そこでスルーレート 4100V/μs (<=この数値は書き間違いじゃないです)を誇る高速オペアンプ LM7171 を使ってみました。これまでと同じ条件で実験しています。

Normalizedlm7171

 
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傾向としてはこれまでと同じです。周波数特性がいい方から並べると

1. ゲルマニウムダイオードを小さめの電流で使う
2. ゲルマニウムダイオードを大き目の電流で使う
3. シリコンダイオードを大き目の電流で使う
4. シリコンダイオードを小さめの電流で使う

となります。ただ前記事のグラフと比べると明らかに全体的に改善しています。だから高速オペアンプを使うことに意味がないわけではありません。しかしたった数十kHzでしかないのにシリコンダイオードを使うと周波数特性がフラットになりません。

今回はアナログ乗算器EL4083CNを使ったベクトル電圧計でも測っています。これまでの経験からこのくらいの周波数帯では正確に(=フラットに)測定できるはずです。

ゲルマニウムダイオードを使った結果はどちらもほとんどベクトル電圧計の読みと同じになっています。つまりこの周波数帯ではゲルマニウムダイオードを使うと周波数特性はフラットであると考えてよさそうです。

この実験に使っている正弦波発振器(生成器)はPIC16F1705のDACを使ったものです。だったら振幅は一定になりそうなものですが、このDACというのは出力インピーダンスが出力電圧によって変化するため内蔵のオペアンプをバッファとして入れてあります。このオペアンプの周波数特性があんまりよろしくないということのようです。

この結果を見るとLM7171でさえシリコンダイオードの非直線性のきつさには勝てないということのように思えます。

となると整流はゲルマニウムダイオードを工夫して使うという方向の方がよさそうな気がしてきます。

これまでの記事でオペアンプの整流回路を使った交流電圧計の周波数特性がフラットにならないのはダイオードの電流電圧特性の非直線性によるスルーレートの増大が原因と主張しています。だからスルーレートの大きいオペアンプを使った方が少しは改善するということになるのですが、じつは2068DDより072Dの方がスルーレートはずっと高いです。
周波数特性はスルーレートだけで決まるわけではないのかもしれませんし、それとも私の考えが根本的に間違っているのかもしれません。この記事に書いたことをそのまま信じていただいても困るので念のためこのことを書いておきます。


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コメント

初めてご連絡させていただきます.
月刊誌トランジスタ技術 編集部 堀越(ホリコシ)と申します.
小誌2月号でGPSをテーマにした特集を企画しており,「GPSと電波時計の違い」についてインターネットで検索を進めていたところ,このHPにたどり着き,ご連絡させていただいた次第です.

一通り,記事を拝見させていただきました.
どの記事もとても興味深く,もし可能であれば取材の機会をいただきたく
ご検討賜れれば幸いです.
突然のご連絡で大変恐縮ではございますが,
何卒,よろしくお願いいたします.

CQ出版 堀越

コメントありがとうございます。
暇な人間なのでいつでもけっこうです。連絡先をお知らせいただくかTwitter(@Seppina1)からでもお声をかけていただければと思います。
よろしければGPSやJJY受信の最近の動向についてご教示いただければと存じます。

ココログはどこからのアクセスか確認するのに時間がかかるのでご返事遅くなりました。すみません m(._.)m

ご返事をいただき誠にありがとうございます.
ぜひ,お話しを伺わせていただきたくお願いします.
「コメントを書く」の項目の,任意でメールアドレスを記入する欄に
私の連絡先を記させていただきました.

お時間よろしいときにご連絡いただければ幸いです.
お手数をお掛け致しますが,何卒よろしくお願いいたします.

トランジスタ技術 編集部 堀越

お手数をおかけしました。
さきほどメールをお送りしましたのでご確認のほどよろしくお願いいたします。

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