Quantcast
Channel: アナログ回路のおもちゃ箱
Viewing all 384 articles
Browse latest View live

PSU for High end audio without electrolytic capacitors

$
0
0

表題の回路説明はS-Audio Systemsにあります。

電源の出力から電解質による聴感上の音のシフトを廃止するというコンセプトのようです。
上記サイトから回路図を引用しました。
回路図を最初に見た時はR2で出力インピーダンスが決まってしまうと考えていました。
巧妙な回路だと思い、また図面で読み切れない時は実験してみよう!
という事で
回路の正電源部分のみ3.3V出力になるように定数を変更して実験してみました。
R2及びR4の定数の決め方は上記リンクのサイトを参考にして下さい。
今回の実験では出力電圧3.3V、シャント電流100mAに設定しました。

20150811_175539

LTspiceでざっくりと挙動を把握してみました。

このノイズ特性が回路を組んだ時にどのようになるのか興味がわきます。

20150811_173146

ステップ応答で出力インピーダンスをチェックしてみました。

20mAの変化で1.75mVのドロップ電圧なので87.5mΩになります。

R2(5Ω)が出力インピーダンスに関係のない事がわかります。

この状態で出力に1000uF(ESR:68mΩ)のキャパシタを追加するとひげはとれますが

ステップ波形に変化は見られませんでした。

20150811_174819

実測値です。

出力電流20mA時のノイズは0.92uVrmsでした。

測定は10Hz~100KHz 60db Ampを介して測定しましたので写真の1mVレンジは1uVになります。

UA-1Sの周波数範囲の仕様は20Hz~150KHz(-0.5db)ですが実測したところ下限の20Hzは7Hzまで伸びていました。

20150811_172821

 スコープでのp-p波形です。まだ50Hzの誘導が残っています。

uVオーダーの測定にはしっかりしたシールド・ボックスが欲しいところです。

キャプチャー画面は5.1mV(5.1uV)p-pですが実際は9mV(9uV)p-p位迄揺らいでいます。

20150811_183117

試作した基板です。

330Ωを2本並列接続して負荷抵抗(20mA)としています。

出力は0.1uF/50V X7Rが5個並列のみです。

お薦めはCOG(NP0)を使用します。

写真でOSコンは使用していません。

LM317の入力に1000uFを入れてありますが実際は1〜10uFで良いと思います。

0.1uFの実装は配線インダクタンスに配慮しています。

20150811_172849

出力電流は20mAを流した状態でFETで+20mAをスイッチングした波形です。

+20mAで600uVのドロップ電圧なので出力インピーダンスは30mΩです。

シミュレーションでは87.5mΩでした。

これは使用しているトランジスタの違いだと勝手に解釈しました。

BC557C→2SA1015

2N2222→ZXT690BKCT

下記のデータを取ったあとに活線状態で出力に1000uFを接続したところ

600uVのドロップ電圧が975uVと大きくなり、接続無しでも975uVになってしまいました。

出力インピーダンスは49mΩまで劣化してしまいましたが、この値でも優秀です。

突入電流が悪さをしたようです。次回からは気をつけようとちょいと反省。

20150811_192057

上記はスイッチング周波数が1KHzです。

スイッチング周波数を遅くして6Hzとした時の応答です。

20150811_215014

FETを追加して+20mAをスイッチング出来るようにした様子です。
入力は51Ωで受けてゲートへは100Ωをシリーズに接続しています。
すべて最短距離です。

20150811_192402


バッテリー駆動はNiCdを使用して安全の為にポリスイッチをいれてあります。
強力なアリゲータ・クリップでマイナス・ラインをシャシーに落としています。
50Hzを僅少にする為にシャシーの角度を変えたり、白子のりが入っていたブリキ箱をのせたりします(笑)
20150811_224121

この回路に興味をもたれてR2の値を求める時に

R2=(1.25-Vbe)/(0.3/Vout+Iload)の0.3が何を意味するのか疑問をもたれたと思います。
diyAudioのフォーラム"Capacitorless PSU"スレッド#19が参考になると思います。
Linear Audioマガジン編集長のJan Diddenの名も...........
*
最後に0.1Hz~10HzのBPF(40db) Ampを通した超低域成分のドリフト分布です。
スケールは+/-160uVになります。収集時間は1時間です。

20150811_185145


PSU for High end audio without electrolytic capacitors_2

$
0
0

Nazarの回路を小さな基板にくんでTwistPearのTrident v3.0とノイズ比較をしてみました。

入力電圧条件(5V)が同じになるように前回の回路を変更してあります。
RMSメーターの読み(赤字)ではNazar CircuitはTrident v3.0の半分以下とLow Noiseな結果になりました。

20150813_210808

測定風景

20150813_211239

PSU for High end audio without electrolytic capacitors_3

$
0
0

さらなるチューンナップ。ノイズ波形が綺麗になりました!?

Test Condition

Vin:5.2V Battery  Vout:3.3V Loard:20mA

60db 10Hz〜100KHz Low Noise Amplifierでノイズを増幅して測定。

20150814_230246

夏休み自由工作の課題終了です。

秋月さんの店舗が......

$
0
0

日が変わったので昨日の夕方の事になります。

部品を購入する為に行ったところとても綺麗な部品の陳列に驚きました。
携帯を忘れたので写真は取れませんでしたのでチラシをスキャンしました。

雰囲気に慣れる迄時間がかかりそうですが部品を探し易くなった事は確かです。

New_akizuki_2

Low Impedance Measurement Interface for Analog Discovery

$
0
0

TridentとNazarのShunt Regulatorのノイズと過渡応答特性は以前の記事で比較を試みました。

とても気にしていながらなおざりにされていた出力インピーダンス測定を敢行。

大概のレギュレータの出力インピーダンスは1mΩから数100mΩまでと判断しました。

下図は校正と確認の為に抵抗器のデータを含んでいます。

Nazar回路はTridentより5mΩ程劣りますが

100KHzまでフラットで暴れもありませんでした。

短絡時の残留インピーダンスは10KHz以上でも600uΩ以下になっていますので

1mΩ台は信用できる値と考えます。

1mΩの4端子シャント抵抗が100KHzで右肩上がりをしているのは
1mΩシャント抵抗のインダクタンス成分の影響です。

縦軸をエクセルでdbVからVrmsにそしてΩに変換してようやくログ・ログ表示が叶いました。

グラフは散布図だと線が細すぎるので+マーカで表示しています。

20150831_191106

入力短絡時の測定風景

20150831_190421

Reference:

Linear Audio Vol.4:A comparative overview of power supply regulator designs with listening tests
Walt Jung : Regs for High Perf Audio 2 B
Agilent:Impedance Measurement Handbook 4th Edition
A PRACTICAL GUIDE TO dB CALCULATIONS

Low Impedance Measurement Interface for Analog Discovery(2)

$
0
0

元データはエクセルがクラッシュして無くしてしまったがグラフだけはキャプチャーしてあった。

ショート時の残留インピーダンスが下がった分1mΩシャント抵抗値がかなりフラットになり良い感じです。

この回路を正式に?組んで再度データを取りたいと考えています。

20150831_230436

Low Impedance Measurement Interface for Analog Discovery(Final)

$
0
0

Regulator Output Impedance測定治具の最終バージョン。

写真は100mΩシャント抵抗器の測定風景。
ここまで到達するのに4回の試作回路を試みました。
回路図では現し切れない実装のノウ・ハウを学びました。

20150907_232159

フロアー・レベルは100KHzで約100uΩ。
200Hz迄は約10uΩ以下。

20150910_234943

Ripple Amplifier for PSRR Measurements

$
0
0

レギュレータのPSRR(Power Supply Ripple Rejection)測定のリップル・アンプのシミュレーションを試みました。

AC結合増幅器の場合は反転、非反転ともに入力にバイアス電流を流す為の抵抗が必要になります。

そのバイアス抵抗が入力インピーダンスになります。

出来る事なら入力インピーダンスは大きい事にこした事はありません。

しかし

高速なオペアンプの場合はバイアス電流が大きいので入力インピーダンスを上げようとして

入力抵抗を大きくするとバイアス電流を乗じた電圧が出力に発生してしまいます。

また高速なオペアンプはオフセット電圧も大きいので同様にゲイン倍されて出力されます。

必要な入力インピーダンスは非測定物のインピーダンスの千倍あれば問題ないと考えます。

今回はレギュレータのPSRR測定の為のRipple Ampを想定しています。

レギュレータの出力インピーダンスは1Ω以下と考えますので

上記理由から入力インピーダンスは1KΩとしました。

Analog Discoveryの帯域を最大限に生かすRipple Amp にしたいと考え

ゲイン60dbで帯域10MHzを目指してシミュレーションしてみました。

反転増幅器はゲイン抵抗が非反転に比して選択しやすいので全段反転としました。

LT6200はG=1,5,10用に3種類用意されています。

DC特性は同じで内部のミラー補償コンデンサの違いでGB積が大きく異なります。

今回はLT6200-10を3段カスケード接続で帯域を確保しシミュレーションしてみました。

バイアス電流、オフセット電圧による影響は各段毎にDC Servoを組み込んで出力のDC成分を押さえてみました?

もっとスマートな方法があるんじゃな~い!と突っ込みが入りそうです...が。

F特のシミュレーション結果は−3dbが6Hz~35MHzでした。20150913_185913

これが実際に組み立てたときにどのくらいのp-p値になるかを実測したい。

20150913_190013

LT6200-10が入手できたら取りあえず2段構成の40db Ampを組み立て

Analog Discoveryで帯域10Hz~10MHzのPSRR測定を試みたいと考えています。


LMH6702のGB積

$
0
0

LMH6702は秋月さんで廉価で扱っているのがわかり

秋月さんのリンクから2003年発行の資料をダウンロードしました。

僕がみていたのはTIからダウンロ−ドした2004年の資料です。
1.7GHzにひかれて?検討していたので720MHzには一瞬目を疑いました。
データをよくよくみたら
2004年版はVout=0.5Vp-pとして-3db Bandwidthを1.7GHz
2003年版はVout=2Vp-pとして-3db Bandwidthを720Hz
キャッチコピー的には1.7GHzのほうが受けが良いですね。
前回の記事で全段にDC Servoは何とも芸がなく他を思案中です。

20150916_062501

DC to 10MHz 40db Amplifier for Analog Discovery

$
0
0

Analog Discoveryの帯域に合わせたDC to 10MHz帯域のアンプを創ってみました。

SOICを4個実装していますが使用しているのは右の2個だけです。
赤基板の下は15MHz 7Pole_LPFです。
このLPF は10MHz以上のノイズを極力排する為です。
10MHz迄はフラットに通す為にカット・オフは15MHzのCoil Craft社製です。

20150920_010802

BODE プロット図です。帯域は10MHzまでほぼフラットです(破線)
Noise Floorの収集は入力を50Ωで終端しています(実線)

2bode_10mv_1uvr

下図は10mV出力をアッテネータで60db絞って
10uV相当の信号を入力した時のプロットです。
ノイズ・レベルと比較しています。

10uv_noise_floor

Wave Generator から5MHzを上記条件と同じ-60db信号としてFFT解析した結果です。
Analog Discovery単体では10mV入力からのダイナミック・レンジは
Noise Floorまで30db程しかありませんが
Ampを介すとゲイン分改善できます。今回は40db。
360bv_fft_5mhz
これをPSRR(Power Supply Ripple Rejection)測定の為の
Ripple Amplifierとして使用する予定です。

スコープでディケード毎のノイズのp-p値を測定しプロットした結果です。

15MHz_LPFの効果が見て取れます。
Wide Band Ampのノイズ対策は少々厄介でした。

20150920_021652_2

PSRR Measurements_ Analog Discovery

$
0
0

Analog DiscoveryでPSRR(Power Supply Rejection Ratio)の測定をしてみました。

Analog Discoveryのダイナミック・レンジは-74db程なので測定限界はありますが
相対的な値は表示できていると考えます。
40db Ampは使用していません。
-60db以下のS/Nは悪いですがAnalog Discoveryは頑張ってトレースしています!
測定条件(Trident & Nazar)
負荷電流:50mA
入力電圧:6V
AC Ripple:1Vp-p
測定条件(LM7805)
負荷電流:50mA
入力電圧:9V
AC Ripple:1Vp-p
グラフはエクセルにcsvで取り込み体裁を整えています。

20150926_132534

左はCurrent Injector(Active Load)で負荷抵抗をリニア(自在)に可変する為に創りました。
3端子レギュレータを差し込めるコネクタを実装して測定が楽になるようにしてあります?
写真はTridentを測定しています。
スコープの表示は6V入力電圧に1Vp-pのリップルを重畳させているモニタ−波形です。

Psrr_analog_discovery

Capacitor Impedance Measurements (Analog Discovery)

$
0
0

Analog Discoveryでキャパシタを組み合わせた時のインピーダンス測定をしました。

導電性高分子アルミ固体電解コンデンサ OS-CONは低ESRです。
100uF/16Vの100KHz〜300KHzにおいてESRは24mΩというスペックです。
それにMLCC X7R 0.1u,1u,10uFを並列接続した特性がオレンジ曲線です。
測定ターミナルに3個並列にした順番を変えると特性も変わります。
こういう治具で測定していると実装する時の注意点も見えてきます。
*
-20dbラインは1Ωで確認用に収集しています。
-40db:100mΩ
-60db:10mΩ
MLCC のmΩ単位のディップも観測できています。

20151009_235028

電圧、電流検出用に帯域約10MHzのInstrumentation Amp(G=20db)を使用しています。
FDA回路で入出力ともバランス構成になっています。

これは以前に紹介したハードでタ−ミナル部でケルビン接続になっています。

20151009_235415

20dbのInstrumentation AmpによりCMRRは400KHz付近まではノイズレベル以下まで下がり、
それ以降においても改善があります。
確認の為に周波数特性のデータもプロットしています。

下図はCh.1とCh.2の測定結果です。

Ch.1とCh.2ではCMRRが異なります。

これはAnalog Discovery基板のレイアウトからくるアンバランス成分の影響と考えられます。

20151010_003811

20151010_003546

内部写真(上から2番目の写真)において右の5個はリレーで
アナログ・デスカバリーのStatic I/O で
電流制限用の抵抗を切り替えられるようにしています。
抵抗値は10dbステップになる値にしています。

下図は1Ωの抵抗を電流制限抵抗を切り替えた時の特性で
10dbステップになっています。

20151010_004907

測定対象のインピーダンスにより最適になるよう電流制限抵抗の値を
切り替えますが通常のキャパシタの場合は

1Ω:-20db(9position)がデータ収集上S/Nが良く取れました。

実はもう少し簡略化したインターフェースでこのようなデータを取れないかと

思案し試作した回路は.......ボツになり

Instrumentation Ampの性能はよいなぁ、と再確認する結果でした。

*

20db In-Ampを入力段に付加する事により

CMRRをノイズ・レベルまで下げる事ができ

Analog Discoveryの14ビットA/Dの性能を限界迄活かせたと思います。

1MHz以上のCMRR対策として

バランスのとれたCommon Mode Trans を付加すると改善できます。

Analog Discoveryは教材用として販売されていますが

このようなインターフェースを付加すると

自作派は勿論、プロの簡易測定器としても十分使えるとおもいます。

*

こちらはNational Instrumentationが発売したAnalog Discovery 2

MacOSもサポートしている。価格は不明。

オリジナルのAnalog DiscoveryもMacOS に対応して下さい、Digilentさん!

Analog Discovery3はMacOS対応16Bit Version.................欲しいです!

BODE Plotterの縦軸に演算機能をつけて単位を変えられるといいな。

20151016_230157

J211 CCS(Constant Current Source)

$
0
0

MultiSimでのシミュレーション結果です。

下記回路図で2N4392はJ211に内部を書き換えてあります。

20151108_122759

J211の代わりに抵抗を接続した時のインピーダンス測定は青色です。

インピーダンス確認の為と後になっても自分で判りやすいようにプロットしてあります。

Q2のみが「J211 2mA」です。

Q1+Q2のカスケード接続が「J211 2mA Cascade」です。

20151108_122212_2

JFET Curve Tracer

$
0
0

JFETのVgs vs Drain Current特性を観測する為のカーブ・トレーサーを創りました。

20151221_215354

J112のVgs-Id特性です。10個を測定してみました。

横軸はフルスケール10mSで5Vなので2mS/Vになります。

また極性はマイナスです。10mS=-5V

20151221_222059

上記データはAnalog Discoveryで収集しExcelでまとめました。

20151221_214502

下図のオレンジ色はゲート印可電圧波形でリニアリティに優れています。

0Vからー5Vまでを10mSでスイープしています。

右はXーYプロット・モード表示です。

左上のVgs vs Idカーブを収集しました。

20151221_211820

10Ωの抵抗が銅板に10個並列接続されたヒーターが2組あります。

保温材に囲まれたケースで覆い2A流すと10数分で60℃くらい迄上昇します。

中央の金属部は温度センサーです。

この写真はサーモスタットを実装していない状態です。

実際は最初の写真のように
サーモスタットで加熱防止としています。

20151221_214953

その挙動を観測すると下図のようなデータが得られました。
Analog Discoveryにも残光機能はありますが
このスコープ残光表示機能には及びませんでした。

20151221_215112

カーブ・トレーサ表示のみでしたらは
今回のようなハードを組み立てなくてもAnalog Discoveryの波形発生器を使うとカーブ・トレーサは実現できます。
スコープでも表示させる為にハードで組上げました。
*
J112のデータシートからの抜粋です。
Idssは5mAmin.となっていますが

20151221_224436

グラフを見ると5mA~40mA位迄の4種類の幅があるように見受けられます。

国産品の色づけによるIdssのランク分けがカタログには無いけれどあるのかもしれないと推測しています。

今回の秋月購入のJ112はIdssが40mA前後,2mA通電時のVgsがが2.47〜3.14Vでした。

このVgs値(2mA)はとても魅力的な電圧値です。

20151221_224519

その理由は.................

2mA時のVgsが理論上のZeroTCに限りなく接近しているからです。

これに気を良くして40個を追加購入し測定しましたが

すべて近似したデータが得られています。

20151221_230040

上記、Vp((Vgs(off))と2mA通電時の正確なVgs測定の為にこのような治具も創りました。
6個を切り替えて測定できます。

34461AのProbe Hold機能はとても便利で

特にIdss測定は時間管理が必要ですが、ほぼ同じタイミングで測定表示してくれる事は再現性の面で信頼できるデータが得られます。

0.20036表示はFETに2.0036mAを通電していたという確認表示です。

20151221_214306

JFETはじゃじゃ馬................

じゃじゃ馬を調教して駿馬にしましょう。

20151222_001511

参考資料

Test Jig for Measuring JFETs

FET & CRD選別治具

ペルチェ素子でミニ・ミニ恒温槽(1)

$
0
0

何年か前に....王で購入したもの。

20151224_212814

上記の放熱器とペルチェ素子のみを流用してミニミニ恒温槽の実験。

容積がミニなので80℃は問題無くクリア。

ファン:OFF .

20151224_212753

大きめのファンで放熱してあげるとミニミニなので0℃までOK。

ファン:ON .

20151224_212740

ダイキャス・ケースと放熱器とはペルチェ素子を挟んで
熱絶縁の目的でポリカーボネートねじで固定している。

放熱器とダイキャスト・ケースの隙間も断熱すると良い結果が得られました。20151224_222648

つづく


ペルチェ素子でミニ・ミニ恒温槽(2)

∆ΣADコンバータ をLinduinoで遊んでみる(予告編?)

$
0
0

ArduinoコンパチのLinduinoはLT社の製品を簡単に評価できる仕組みになっています。

I2C対応等の評価ボードにはスケッチが用意されています。
詳しくはDEMO Manualを読んで下さい[LINK]
Linduinoには自社製のUSB Isolatorが実装されています。
いつの間にか開発したんですね。
多分、これ無しにはデルタ・シグマ・24Bit ADCは評価できないと推測します。
またLinduinoには評価ボード用にクリーンな電源が用意されています。
*
評価ボードに珍しく紙のマニュアルとデータシートが同梱されていました。

Photo

つづく

∆ΣADコンバータ をLinduinoで遊んでみる(測定用基準電圧編)

$
0
0

24Bit ∆ΣADC LTC2499を評価する為に2.50000Vの基準電圧を作りました。

24bIt ADCなのでこの基準電圧が評価される側かもしれません。25000v
つづく

∆ΣADコンバータ をLinduinoで遊んでみる(測定編_基準電圧)

$
0
0

2.50000の基準電圧をLTC2499に接続してみました。

誤差の検討が必要になってきました。

Max6325

つづく

WaveForms 2.7.5とWaveForms 2015

$
0
0

Analog Discovery,今迄のドライバ・ソフトはWaveForms 2.7.5。

Analog Discovery2が発売されてWaveForms 2015が配布されました。
両方の回路図を比べて読んでも電源回路以外の変更箇所は見当たりませんでした。
周波数特性もマニュアルで見る限り同一と見なせます。

Analog Discovery マニュアルより引用。

20160211_182124

Analog Discovery2 マニュアルより引用。

20160211_182132

10Hz~100KHz 60db Amplifierのフィルタ特性を両ソフトで取り比べました。
Wave Generatorから1Vを出力しCH.1に接続し

アッテネターで60db減衰させた1mVを60dbアンプに入力します。

60dbアンプの出力をCH.2に接続しました。

測定は初代Analog Discoveryでソフトを

WaveForms2.8.5とWaveForms2015に切り替えて違いを見る実験です。

100khz_bpf

WaveForms 2.7.5で測定

右下の減衰特性に注目して下さい。

Fr_old

WaveForms 2015で測定

10db程さがっています。これは佳い!

Fr_new

Spectrum Analyzer機能の比較

これは40db Wide Band Amplifierを使いました。

WaveForms 2.7.5で測定

100uv_fft_old

WaveForms 2015で測定

100uv_fft_new

Viewing all 384 articles
Browse latest View live