Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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オペアンプあれこれ　（その１）

　秋月電子通商などで取り扱っているＳａｉｎＳｍａｒｔ社製の「ＤＤＳファンクションシグナルジェネレータキット　 (K-09987)」はキットの小部屋で紹介したように期待する波形を得ることができませんでした。　現象からオペアンプの選定に問題があるようでしたので、手持ちのオペアンプをいろいろ差し替えて試してみました。　その結果、ＴＬ０８２ＣＰ、ＮＪＭ０８２ＢＤで良好な結果を得ることができました。　これらのオペアンプに差し替えて利用することをお勧めします。 　なお、オペアンプ交換をする際には「４．プローブの影響」に記載のキャパシタを追加します。

【　ＤＤＳファンクションシグナルジェネレータキット　 (K-09987)　通電状態　】

　今回、一般的な使い方における多種類のオペアンプ出力比較を初めて測定しました。　今までは入手性、オーディオ信号帯域での感覚的な感触でＮＪＭ４５５８ＤＤを標準オペアンプとしてストックしていました。　今回の結果より、これからはＴＬ０８２ＣＰ、ＮＪＭ０８２ＢＤをストックするように変更します。

１．　「ＤＤＳファンクションシグナルジェネレータキット　 (K-09987)」の問題点

　本キットの動作確認をしたところ以下の問題点がありました。

　（１）　出力波形が期待する波形にならない。
　　　　（ａ）　正弦波出力において、位相０°、１８０°付近（０Ｖ遷移前後）に波形変動が観測されました。
　　　　　　　他の波形においても０Ｖ遷移前後で波形変動が確認されてました。

　　　　(b)　周波数が高くなると入力のＤＡ変換波形を正しく増幅（演算）できなくなる。

　（２）　出力波形の周期が一定でない場合がある。

　このうち（１）はオペアンプに起因する現象と思われますので、ピン互換性のある別のオペアンプ、もしくは、同一型式でもメーカを変更することで改善する可能性があります。　ということで、手持ちのピン互換性のあるオペアンプ交換にトライすることにしました。　(2)についてはユーザでは手の打ちようがありません。

２．調査対象のオペアンプ

　今回の調査に用いたオペアンプを下記表に掲載します。　掲載の順番には特に意味はありません。 　なお、下記表中のデータはオペアンプのデーターシートを参照してピックアップしていますので不明部分は”−”印としています。

【　調査したオペアンプ　】

３．調査内容

３．１　調査項目

• Ｃａｓｅ１　ＬＭ３５８異メーカ品の各種設定波形観測
  
  　周波数１ｋＨｚ設定、振幅ほぼ２０Ｖｐｐ設定時において、ＬＭ３５８のオリジナルブランドであるＮＳマーク品とキット付属のＴｉマーク品の波形を観測しました。　これは、同一型式でもメーカによって特性が異なりますので、その相違を確認するためです。

• Ｃａｓｅ２　ＬＭ３５８異メーカ品の周波数変更時波形観測
  
  　周波数を２ｋＨｚから６５．５ｋＨｚまで変更した際のＬＭ３５８のオリジナルブランドであるＮＳマーク品とキット付属のＴｉマーク品の１ｋＨｚ，を比較しました。　これも、同一型式でもメーカによって特性が異なりますので、その相違を確認するためです。

• Ｃａｓｅ３　ピン互換オペアンプの波形観測
  
  　ピン互換で±１２Ｖ電源に対応する各種オペアンプに差し替えて、最高周波数に近い６５．５ｋＨｚ、最大振幅に近いほぼ２０Ｖｐｐ設定時の各オペアンプの正弦波設定、方形波設定時の波形を観測しました。　本キットに適したオペアンプを探すために調査しました。
  　オペアンプ交換に際してＬＣＤを取り外すことが必要となります。　調査を効率よく伊粉宇ためにＬＣＤ延長ケーブルを製作して調査を行いました。
  　この結果より、ＴＬ０８２ＣＰ、およびその互換品であるＮＪＭ０８２ＢＤが交換用オペアンプとして適していると判断しました。

【　ＬＣＤ延長ケーブルを取付けたキット　】

• Ｃａｓｅ４　ＬＭ３５８　ｖ．ｓ．　ＴＬ０８２ＣＰの各種設定波形観測
  
  　Ｃａｓｅ１と同様に周波数１ｋＨｚ設定、振幅ほぼ２０Ｖｐｐ設定時におけるキット付属のＬＭ３５８ＢＰと、推奨の交換用オペアンプＴＬ０８２ＣＰの波形を観測しました。　

• Ｃａｓｅ５　ＬＭ３５８　ｖ．ｓ．　ＴＬ０８２ＣＰの周波数変更時波形観測
  
  　Ｃａｓｅ２と同様に２ｋＨｚから６５．５ｋＨｚまで変更した際のキット付属のＬＭ３５８ＢＰと、推奨の交換用オペアンプＴＬ０８２ＣＰの波形を観測しました。　

３．２　測定部位

　各測定においてキット回路のＤＡコンバータ出力波形（ピンク色）、ｏｆｆｓｅｔ波形（青色）、出力波形（黄色）を観測しました。　

【　波形観測部位　】

　以下の波形キャプチャ画像はＷｅｂ表示上は画像中の文字を読み取ることができません。　画像をクリックすると文字を判読できる程度の画像をダウンロードできます。

　また、３．３〜３．７の波形はオシロスコープ用プローブの影響を受けています。　詳細は「４．プロ−ブの影響」を参照願います。

３．３　Ｃａｓｅ１　ＬＭ３５８異メーカ品の各種設定波形観測　調査結果

３．４　Ｃａｓｅ２　ＬＭ３５８異メーカ品の周波数変更時波形観測

３．５　Ｃａｓｅ３　ピン互換オペアンプの波形観測

　出力をOFFにしたときの波形を下記に掲載します。　No.C21のＮＪＭ２０４３ＤＤは発振しているようです。　　また、No.C18のＮＪＭ８０６８Ｇ、No.C20のＮＪＭ２０６８ＤＤも発振している可能性がありそうです。

　スルーレートが大きくなくても、利得帯域幅積ＧＢやユニティゲイン周波数が高いオペアンプは使い方が難しいです。　安易な利用は避けるべきです。　その点、ＴＬ０８２ＣＰやＮＪＭ０８２ＢＤなどはスルーレートが大きい割には利得帯域幅積ＧＢやユニティゲイン周波数が低いため、簡単に発振することはなく扱い易いオペアンプだといえます。　

３．６　Ｃａｓｅ４　ＬＭ３５８　ｖ．ｓ．　ＴＬ０８２ＣＰの各種設定波形観測

３．７　Ｃａｓｅ５　ＬＭ３５８　ｖ．ｓ．　ＴＬ０８２ＣＰの周波数変更時波形観測

４．プローブの影響

　上記の測定を終了した後にデジタルオシロスコープ　ＤＳ１０５４Ｚ用プローブＰＶＰ２１５０を取り外してＴＬ０８０ＣＰ実装時のＤＤＳ−ＯＵＴ信号のみの確認をしました。　しかし、上記波形を再現できませんでした。　原因を調べたところ、ＤＡコンバータ波形（ピンク色） はプローブＰＶＰ２１５０の影響を受けいていることが判明しました。　なお、信号源力インピーダンスの低いｏｆｆｓｅｔ波形（青色）と出力波形（黄色）はプローブＰＶＰ２１５０の影響は認められませんでした。　初歩の初歩を事前に確認できていないことを反省です。

　プローブＰＶＰ２１５０の仕様と実測を下記に掲載します。　仕様はメーカＷｅｂページ「Rigol PVP2150 Standard / Passive Oscilloscope Probes」からの引用です。

　プローブの影響を観測した結果を下記に掲載します。

　以上の結果より、ＤＤＳ−ＯＵＴ信号改善のためにオペアンプを交換（今回はＴＬ０８２ＣＰ）する場合は、ＤＡコンバータ出力ラインにプローブＰＶＰ２１５０に相当するキャパシタ６８ｐＦ（Ｃｐ）を追加することにしました。　Ｒｐに相当する１ＭΩは、回路図Ｒ3の１００ｋΩがありますので追加不要です。

【　追加キャパシタ（回路図）　】

【　追加キャパシタ（実装状態）　】

　追加キャパシタ実装後の波形観測結果を下記に掲載します。　６８ｐＦ接続時はＤＡコンバータ波形（ピンク色） 、ｏｆｆｓｅｔ波形（青色）のプローブを取り外していますので、これらの波形はグランドレベルから変化していません。

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