2020年2月23日日曜日

Analog Discovery 2 アクティブフィルターの周波数特性の測定

AD2で2次VCVS LPF、8次MFB LPFの周波数特性を測定しました。

2次VCVS LPF


回路図(LTspice)

AC特性のシミュレーション(LTspice)

VCVSフィルターは高周波数で利得が上がります。これを実際のデバイスで測定できるかどうか。

Waveforms: Network


ブレッドボード配線

測定しているようす

シミュレーションと比べると25kHz以上の帯域で利得が上がり、位相も0°になっています。これは出力の振幅が小さくなって測定値がノイズにまみれてしまうためでしょう。

Wavegenで±5Vの正弦波を出力し、Scopeで観測しました。またスタンドアロンのオシロ(OWON SDS7102)でも観測しました。

10kHz



20kHz


30kHz


50kHz

Analog Discovery 2の電源


AD2は±5Vまでの電源も出力できますが、OPAMPを使うときは注意が必要です。±5V電源で±5Vの波形を出力すると出力がクリップしてしまいます。

±5V電源で±5Vppのサイン波を出力してOPAMPを通した波形

OPAMPはNJM4580DDを使用していますが、波形端で出力が反転しています。このため上記の実験では±9Vの外部電源を使用しています。もちろん、±1Vppなど振幅が小さければAD2の電源を使って問題ありません。

8次MFB LPF

ベッセル特性の多重帰還LPFです。

回路図(LTspice)

AC特性のシミュレーション(LTspice)

Waveforms: Network

50kHz付近で位相が暴れているように見えますが、180°以上遅れているためにグラフがプラス側のプロットになっているためです。周波数特性と同じく200kHz付近までは測定できているようです。

ブレッドボード配線

測定しているようす

100kHz



200kHz


8次ともなるとスパッと切れますね。

Memo:

AD2のExport機能で出力したPNGファイルはBloggerでアップロードするとエラーになるようです。

2020年2月19日水曜日

Analog Discovery 2 トランジスタの静的特性の測定

ついに?Analog Discovery 2を買ってしまいました。値下げされたのか秋月よりDigi-Keyの方が安かったのでDigi-Keyで購入。でも外税の消費税がなんかややこしくて結局多少安かったぐらいでしょうか。

その後、RS-Onlineの方が安いことがわかって悲しくなりました(^q^;



コンパクトで場所をとらないのがいいですね。

BNC拡張ボードも一緒に購入しました。


x10のオシロのプローブが使えるので、波形測定のScope機能でまともに測定しようと思ったらBNCボードは必須だと思います。波形生成のWavegen機能の方はBNCコネクタとICクリップでケーブルを作製しました。

波形測定はAC/DC結合、波形生成は出力インピーダンス50Ω/0Ωをジャンパーで切り替えられます。高周波などでインピーダンス整合をとって波形出力することも可能だと思います。

トランジスタのVCE-IC特性の測定


使い方に慣れるためにDESIGN SPARKにAnalog Discovery 2のチュートリアルがあったので、これにならって2SC1815GRのコレクタ-エミッタ電圧VCE vs コレクタ電流IC特性を測定しました。

回路図

接続の様子

いつもはfritzingで作図していますが、今回は描きにくかったので省略しています。

せっかくBNCボードがあるのに使用していないのには理由があります。Analog Discovery 2自体は差動入力で測定できますが、BNCボード上でC1-とC2-が短絡されています(AD2のGNDとは短絡していないようです)。このため、BNCボードを使うと回路図のようにGNDから浮いた2点を測定するのが難しくなります。

BNCボードを使った場合は普通のオシロと同じように、シングルエンドと思ってプローブのGNDを扱ったほうが無難だと思います。

WaveFormsによるVCE-ICの測定(Wavegen)

WaveFormsによるVCE-ICの測定(Scope)

測定結果の表示はPC上のWaveFormsで行います。スタンドアロンのオシロは男らしくてかっこいいですが、ややこしい測定条件を設定するのには、PCの大画面でマウスが使えるのが便利だと思いました。

画像の右側のグラフがVCE-IC特性です。Scopeの測定結果をもとに、時間軸を外して、VCEとICをExcelの散布図のようにプロットしたものです。

2SC1815のVCE-IC特性(DATASHEETより)

このグラフは2SC1815のDATASHEETに載っているもので、IB=0.2[mA]~6.0[mA]のグラフですが、今回のAD2での測定はIB=0.2[mA]以下の測定です。

VCE-IBの測定


IBがどれぐらい流れているかも測定しました。

回路図

接続の様子

WaveFormsによるVCE-IBの測定

右側のグラフを見ると、0[uA]~180[uA]程度のIBになっています。したがって、VCE-ICはDATASHEETの一番下のトレース以下の小電流での測定結果ということになります。

2020年2月10日月曜日

ACS712_AmMeter完成(したものの・・・)

ACS712_AmMeterを透明プラケースに収めました。


上蓋を外した状態。基板と電池ケースの固定はまだです。

電流が流れていない状態で、正負ともに-003mAという表示になっていますが、ACS712モジュールのトリムでオフセットを調節しても、時間とともに値が徐々に変化し、±5mA程度の誤差が出るのは仕方がないようです。

電流を流して測定

電流を流して表示値を測定するために、セッティングしている間に電流を流していない状態で、正負とも-005mAになってしまいました。

この状態で0mA表示になるようにオフセットを調節しました。


100Ω/3Wの酸金を並列にして50Ωの負荷として、可変電圧源から電圧を加えて電流を流して表示値を測定しました。

正側

負側

正側

正電圧[V] 正電流[mA] 表示値[mA] 差[mA] 誤差[%]
5 100 98 -2 -2.00%
6 120 118 -2 -1.67%
7 140 138 -2 -1.43%
8 160 154 -6 -3.75%
9 180 177 -3 -1.67%
10 200 194 -6 -3.00%

負側

負電圧[V] 負電流[mA] 表示値[mA] 差[mA] 誤差[%]
-5 -100 -100 0 0.00%
-6 -120 -120 0 0.00%
-7 -140 -136 4 -2.86%
-8 -160 -161 -1 0.63%
-9 -180 -179 1 -0.56%
-10 -200 -198 2 -1.00%

サイズがでかくなった割に精度はいまいちですが、今回はこれぐらいで。

ただし、磁気には非常に弱いです。

スピーカーの近くに置いてみた

電流を流していない状態で、正側が-014mA、負側が-015mAという表示になっています。スピーカーはYAMAHAのMSP3で一応防磁タイプですが、影響が出てしまいました。

メタルケースに入れたりして磁界を遮断すればもう少し精度は良くなるかもしれません。

2020年2月4日火曜日

ACS712_AmMeter はんだ付け完了

回路図

基板図

部品面(バーツ挿入なし)

部品面(バーツ挿入あり)

ハンダ面

OLED表示

ケース内レイアウト(案)

作った基板は、単体では2次VCVS LPF(時定数:0.1[s])付きの、2系統電圧計です。

入力に電圧を加えて、テスタ(OWON B35)の測定値と基板の表示値を比較しました。

使用したOPAMP: NJU7032

正電源側

V(mV) Display Err(mV) Err(%)
503.3 490 -13.3 -2.6%
1005 995 -10 -1.0%
1509 1501 -8 -0.5%
2020 2011 -9 -0.4%
2505 2497 -8 -0.3%
3003 2997 -6 -0.2%
3504 3498 -6 -0.2%
4033 4028 -5 -0.1%
4503 4499 -4 -0.1%
5016 5119 103 2.1%

負電源側

V(mV) Display Err(mV) Err(%)
502 490 -12 -2.4%
1025 1015 -10 -1.0%
1501 1491 -10 -0.7%
2036 2031 -5 -0.2%
2510 2502 -8 -0.3%
3004 2997 -7 -0.2%
3510 3503 -7 -0.2%
4008 4003 -5 -0.1%
4504 4499 -5 -0.1%
5007 5119 112 2.2%



測定範囲の両端付近で若干誤差が大きいですが、まずまずの精度でしょう。OPAMPの品種を変えれば直線性が改善するかもしれません。

メモ:


自分で作ったKiCADのArduino Pro Miniのコンポーネントのピンアサイン(A0~A3あたり)が間違ってるかも?

【2020.02.07】KiCADのコンポーネントを修正。

2020年1月30日木曜日

汎用8次多重帰還ローパスフィルタ基板を妄想

メモです。

DACの出力に入れるためのLPFの製作を省力化するためにプリント基板を焼くかどうか。

要件


電源: 単電源9V程度、または±12V程度
フィルタ特性: 8次多重帰還LPF 定数は実装時に決める。
その他: 単電源で使う場合は両電化した仮想GNDを出力できること。

8次ベッセル特性でカットオフ周波数 fc=96[kHz]で設計した場合のシミュレーション。 


一回はブレボで実験してみるつもりです。

次数が低いところ(2次とか4次とか6次)でも測定できるようにする?