2018年3月10日土曜日

Aruduino LFO Output BoardのLPFの検討

Arduino LFOのOutput Boardに入れるLPFを4次RC LPFと4次MFB(Multi Feedback )VCVSバターワース特性LPFで比較してみました。

回路図


4次RC LPF

4次VCVS

<追記:2018.03.12>
回路図では「4th MBF LPF」となっていますが、VCVSの間違いです。
</追記>

OPAMPはすべてNJU7032を使用。
D1、D2のショットキーバリアダイオードは1S4を使用。

1S4の順方向電流は絶対定格で1Aなので、4次RC LPFには一応R9=10Ωを電流制限抵抗として入れました。4次MFBVCVSの方はOPAMP(U3、U4)の出力電流で制限されるので省略しました。(C5でACカップリングしているので直流は流れない)

ブレッドボード配線図


4次RC LPF


4次MFBVCVS


電源は単3×6を使い、Aruduino NANOのVINに入力
電源電圧 5V: 5.02V
電源電圧 3.3V: 3.27V
電源電流 25mA~29mA (自作電流計)

矩形波


4次RC LPF

RiseTime: 400us
FallTime: 440us
OverShoot: 1.2%

4次MFBVCVS

RiseTime: 80us
FallTime: 80us
OverShoot: 4.9%

4次RC LPFは波形のなまりが顕著で、4次MFBVCVSはオーバーシュートが出ています。

ノコギリ波


4次RC LPF

4次MFBVCVS

ノコギリ波でもやはり4次RC LPFはなまりが顕著な上に、波形の下側がGNDまで下降していません。

LTSpiceでシミュレーションしてみると、

4次RC LPF

4次MFBVCVS

となり、やはり下側が下降しきらないようです。LFOとして使うので、波形がGNDまで下降しないと問題となりそうです。

AC特性


50Hzのサイン波を出力して、WaveSpectraでFFTしました。

4次RC LPF

4次MFBVCVS

1kHzより高い周波数では4次RC LPFの方が減衰していますが、1kHzより低い周波数の高調波歪(50Hzの整数倍)は4次MFBVCVSの方が歪が少ないようです。

<追記: 2018.03.12>

比較対象として、LPFをバイパスしたときも測定しました。


追記その2:MFBとVCVSを間違っていました。

</追記>