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2015年11月28日 (土)

続・ミリバル(交流電圧計)の周波数特性はゲルマニウムダイオードで改善する?

前記事では

  ダイオードの非直線性が実質的なスルーレートを大きくしてしまいミリバルの周波数特性を悪化させる

との主張(?)を書いたのですが、もしこれが正しければ入力電圧(反転増幅回路の入力電流)が小さくなるともっと周波数特性が悪くなる可能性があると思います。

入力が小さくなればスルーレートもその分小さくなるので周波数特性はかえってよくなりそうですが、ダイオードの非直線性が原因のスルーレートの増加分は少しぐらい小さくなってもオペアンプのスルーレート限界をオーバーすると思うからです。

ダイオードの非直線性(によるスルーレートの増大)が問題なるのは電流が小さいときですから、数Vのレンジであれば影響を受ける部分はわずかですが、小信号になると信号全体が影響を受けます。

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今回使うのは前記事の回路の入力抵抗を100kΩにしたものです。
Test02

これで反転増幅回路の入力電流は1/10になります。

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10kHzのときの測定値で正規化してあるのは今回も同様です。入力抵抗が10kΩのときの測定値も小さいマークで入れてあります。
Normalized009v


シリコンダイオード(1N4148)を使った場合は恐れていた通り周波数特性が悪化しています。一方ゲルマニウムダイオード(1N60)はかえってよくなっています。

おそらくゲルマニウムダイオードは非直線性がシリコンダイオードほどには強くないため、入力電流が1/10になることによるスルーレート低下の効果が出ているのではないかと思います。

つまり周波数特性はますますゲルマニウムダイオードの方がよくなっています。

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これだけだったら、ゲルマニウムダイオードを使えばいい、で終わりなのですが、ゲルマニウムダイオードには別の問題があります。

これまで電圧を正規化してプロットしていたのはシリコンとゲルマニウムで測定値が違うからです。

入力抵抗10kΩのとき
Voltage09v


ご覧のとおりシリコンの方が0.02V(2%)くらい高く出ています。


入力抵抗100kΩのとき
Voltage009v

こちらは0.01V(10%以上)違います。

どちらがもっともらしいかというとシリコンの方でしょう。10kHzあたりで見ると電圧がちょうど1/10になっているからという薄弱な理由ですが。

まだあんまりまじめに考えていないのですが、ゲルマニウムダイオードの場合逆方向電流が影響しているような気がします。

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