2015年5月1日金曜日

矩形波だけのファンクションジェネレーター コンパレータ―でノイズを抑え込む実験

AVRからの矩形波の出力に30MHz付近のノイズが乗るようなのでコンパレータ―で減衰できるか実験してみた

ブレッドボード配線図
<追記:2015.05.08>この図だとプルダウンになってますが左側のOPAMPの7PINからのRはVCCにつないでたと思う(^q^;;;</>

上側のブレッドボードは矩形波の生成回路
OC1Bから矩形波が出力される(青色LEDをつないでいる方)

下側のブレッドボードの右側は仮想GND(VCC/2)を作るための回路
左側がコンパレータ―だ


スルーレートのチェック

波形がなまってしまっては困るのでスルーレートを調べた

AVRから出力している矩形波は2kHzだ

電源電圧は
VCC 4.83V
VGND 2.43V
NJM2903

コンパレータ―のNJM2903のストックがあったので使ってみた

最初普通のOPAMPと同じようにつないでみたがまともに動かない

調べるとNJM2903の出力はオープンコレクタらしい

なのでブレッドボード配線図にあるように1kΩのRでプルアップした

オープンコレクタとかオープンドレインとかの使い方もだいぶ慣れてきた(^q^/


赤色がAVRからの出力、黄色がコンパレーターからの出力

ch1のデーター


オシロの機能で波形のデーターを表示するものがあるので使った

ch1なのでAVRからの出力でRize Time < 8.000nsとなっている

ch2のデーター


Rise Time: 58.00ns

NJM2732

フルスイングで電源電圧をも低いところから取れるOPAMPだ

OPAMPに関してはプルアップのRは外して普通に出力している

OPAMPの仕様については「OPAMPの比較表を作ってみた」(http://dad8893.blogspot.jp/2015/03/opamp.html)で簡単にまとめてあります


横軸がNJM2903とは違う縮尺です(NJM2903:100ns/div NJM2732:2.0us = 2000ns/div)



Rise Time: 9.400us = 9400ns

NJM2732はかなりとろい(^q^;


OPA2134

高いけど優秀な定番OPAMP



Rise Time: 320.0ns

スルーレートはまあまあだが、アンダーシュートがかなり出るようだ(^q^;


NJM7032

CMOSのフルスイングOPAMP



Rise Time: 1.010us = 1010ns

OPA2134よりとろいが(入力の立ち上がりからかなり遅れて反応している)アンダーシュートはなく、波形はきれいだ


今気づいたがOPA2134はなぜだか入力の振幅も小さくなっている

OPA2134のもう少し引いた波形

なんだこれは?

OPAMPを差し替えただけで回路自体は手を付けていないはずだが、測定ミスかな(@@;

他にTL072とLM358もやってみたが、TL072はまともに波形が出ないしLM358はとろすぎた


GNDレベル

インパルス関数やステップ関数はGNDレベルまで出力できないと使いにくそうなのでこれもチェックしてみた

オシロのプローブのGNDをブレッドボード配線図のVGNDではなく、VEEにつないだ

NJM2903(10kΩでプルアップ)


GNDレベルは波形の左側の欄外にある[1>とか[2>と表示されているところです

NJM2903(1kΩでプルアップ)


どちらもGNDレベル付近まで落ちているが
プルアップ用の抵抗が高いとスルーレートが落ちるようだ

OPA2134


フルスイングのOPAMPではないので出力側のLがGNDに落ちてないのは当然だが
何故だか入力側のLも+1Vぐらいになっている

謎だなあ(@@;

NJM7032


コンパレーターのNJM2903と比べるとかなりとろいが、LはきっちりGNDまで落ちている


ノイズの減衰

スルーレートとGNDレベルから考えて使えそうなNJM2903とNJM7032を比較してみる

と思ったがNJM7032のデータをとっていないかった(^q^;

なのでNJM2903(1kΩでプルアップ)だけ


ノイズは減衰されているようだ


問題点

コンパレーターで減衰させるという意味では餅は餅屋というか「コンパレータ―」のNJM2903がやはりダントツだ

が、オープンコレクタなので出力インピーダンスが高くなってしまう

トランジスタで言うエミッタ接地回路みたいなもので(たぶん)
このままファンクションジェネレーターとして出力するのはきつい

出力につないだ回路をドライブできない

コンパレーターの後段にドライブ用の回路を入れるとしたら・・・

後段の回路で普通にOPAMPを使うとすればこのコンパレーターはただ単に波形をなまらせるだけの役目しかしない(^q^;;;

なのでコンパレーターでノイズをとる作戦は不採用

まあ、コンパレーターの使い方やOPAMPの矩形波応答を見られただけでも実験の価値はあったということで(^q^/