トランジスタ・ラダー・フィルターの実験 その３

カットオフ周波数を決める電流源I1を実際のデバイスにしてシミュレーションしました。

具体的には抵抗1本で置き換えました。

自作の可変電流源は使用不可

最初は自作の可変電流源を使おうと思っていたのですが、この電流源は吐き出し型です。

可変電流源の回路図

VCCからR4、T3、T4を通してJP5に電流を吐き出します。

トランジスタ・ラダーの電流源は回路図の通り、吸い込み型である必要があります。

可変電流源の回路図のJP5に電流値を決める抵抗を挿入して、R4のTR4のエミッタ側を出力とすれば、吸い込み型の電流源になりそうですが、テストがめんどくさいので、一旦抵抗1本を簡易的な定電流源として実験することにします。

<追記:2018.06.05>

R4のTR4のエミッタ側を出力としても吐き出し型にならないです。T3、T4をNPNに変更する必要があります。

参考「JFETを使った可変電流源」

</追記>

電源電圧

今まではトランジスタ・ラダー回路の電源電圧を±12Vでシミュレーションしていましたが、BSM02の電源は±9Vなので、今後は電源電圧を±9Vとします。

コントロール電流を決めるRi=1kΩ、フィードバック量を決めるR14=10Ωに固定してシミュレーションしました。

シミュレーション回路図 ±12V電源

シミュレーション回路図 ±9V電源

Q1～Q10のベースに加える電圧は、±9V電源では±12V電源の2/3程度になります。

各部の電位 ±12V電源

各部の電位 ±9V電源

V1～V5は1V電位差があればいいのですが、V5は+1.5Vになるので問題が出るかもしれないので、V5が+2Vになるように値を調整したほうがいいかもしれません。

AC解析 ±12V電源

AC解析 ±9V電源

±12V電源の場合はカットオフ周波数fc=3kHz付近、±9V電源の場合はfc=2kHz付近になりました。

1kHz/1Vp-pのノコギリ波を入力して応答をシミュレーションしました。

過渡解析 ±12V電源

過渡解析 ±9V電源

過渡解析でも、±12V電源の方が振動が多く出ています。

カットオフ周波数をコントロール

コントロール電流を決めるRiの値を1kΩ～100kΩにしてパラメータ解析しました。Rq=100Ωで固定。

シミュレーション回路図

コントロール電流

入力信号につられて、コントロール電流I(R15)が変化していますが、おおよそ10uA～1mA程度でI(R15)が変化しています。

AC解析

カットオフ周波数は200Hz(Rq=100kΩ/暗青の線)～20kHz(Rq=1kΩ/緑の線)で変化しています。

過渡解析

1kHz/1Vp-pのノコギリ波を入力して応答を見ました。Rqの値によって振幅が変化しています。Ri=1kΩ（緑の線）のときコントロール電流I(R15)が最大で、カットオフ周波数が最高になり、振幅が最大になります。また、振動も現れています。

Q値（レゾナンス）をコントロール

Q値を決めるRqの値を1Ω～10kΩにしてパラメータ解析しました。Ri=1kΩで固定。

シミュレーション回路図

AC解析

Rq=100Ω（赤の線）のときピークが最大になっています。Rq=1Ω（緑の線）、Rq=10Ω(青の線）の時はフィードバック量が多く、通過域で-6dB程度まで低下していて、位相も反転しています。

過渡解析

1kHz/1Vp-pのノコギリ波を入力して応答を見ました。Rq=10kΩ(マゼンタの線)の時、フィードバック量最小で振動は現れてません。Rq=1Ω(緑の線）の時、フィードバック量最大で振動が多く現れています。

デバイスを実際のものに置き換えたので、次回はブレッドボードで実験したいと思います。