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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

今後ともEDN Japanをご愛顧くださいますようお願い申し上げます。


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kamakiri
タイトル
オペアンプを使用した理想ダイオード回路
ポイント []
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アクセス3516
カテゴリーアンプ&コンパレータ
キーワード 理想ダイオード回路   ところ、オペアンプ   理想ダイオード回路オペアンプ   正弦波   端子   Powered by Yahoo
投稿日時17/01/17 17:24
オペアンプを使用した理想ダイオード回路について詳しい方がいましたら教えて頂けないでしょうか。

理想ダイオード回路の各部波形を測定したところ、オペアンプの+端子と-端子が同電位でなくなるタイミングがあることが分かりました。
シミュレーションでも同じ波形が観測されるか確認したところ、添付資料のようになり、実機での測定波形と同じになりました。
このため、出力波形も同様のひずみが発生してしまいます。

この回路において、オペアンプの入力端子の電圧波形がひずんでしまう原因は何でしょうか。

入力電圧は80mVpeak/10kHzの正弦波です。
※このデータをダウンロードするにはログイン(ユーザー登録)が必要です。

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kamakiri 回答番号 8
タイトル
ダイオードの等価抵抗
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アクセス3267
投稿日時17/01/20 12:52
dongdong様

丁寧な回答頂きありがとうございます。
きちんと理解できていないかもしれませんが、最初に頂いた回答についてこのような理解でよいでしょうか。

ダイオードに流れる電流が小さくなる
⇒ダイオードの等価抵抗Rが大きくなりやがて無限大になる
⇒負帰還がオープンになりバーチャルショートが成立しない。また、ゲインが大きくなりオペアンプが目一杯の出力となる。

合わせて本の紹介頂きありがとうございます。
せっかくのチャンスなので購入してみようかと思います。
(英語はちょっと自信ないですが^^)

dongdong 回答番号 7
タイトル
ダイオードの等価抵抗は?
ポイント
pt.
アクセス3479
投稿日時17/01/19 21:48
> 出力電圧は入力電圧×ゲイン、ダイオードのVFで決まりますので、
> これらを変更して出力電圧を低くすることで、
> スルーレートの影響を小さくしてみようと思います。
ダイオードの等価抵抗は,電流がゼロに近かずくほど大きくなり負帰還量が確保できないとゆう説明は理解できなかったんでしょうか?
ダイオードやトランジスタのB-E間接合を利用したものは,レベルが小さくなるほど負帰還量が確保できないから誤差が大きくなるとゆうのは,アナログ回路の常識です.
例えばこのRMS/DCコンバータのデータシートを見ると,
http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/data-sheets/AD8436_jp.pdf
p.7の「図7.RMSコア周波数応答」では入力レベルが下がるほど,周波数特性が悪化しているのがわかります.
RMSコアは「絶対値回路」で絶対値に変換し,「Log-antiLog回路」で実効値演算を行います.
どちらも,ダイオードやトランジスタのB-E間接合を利用しています.
Log-Amp説明はこちらをどうぞ.
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-077.pdf
最初に紹介した「Nonlinear Circuits Handbook」はこの手の回路を理解する基本文献だから読むことを薦めます.

だから波形の誤差を減らすには,高速・広帯域オペアンプを使用し,レベルをできるだけ大きくして理想ダイオード回路に供給します.
そうすると,負帰還量の確保できないゼロクロス部分を通過する期間(つまりひずみを発生する期間)を短くできます.
最初の例で言えば,±80mVpkの信号を100倍増幅して±8Vpkとして理想ダイオード回路に加え,その後で1/100にすれば誤差の少ない+80mVpkの半波整流波が得られます.
もしも回路的な工夫をしたければ,ダイオードに加わる電圧をゼロにしなければ良いのだから,バイアスを加える様に回路を変更することが考えられます.
昔の人の工夫を知りたければ,この本をどうぞ.バイアスを加えるのも出ていたはずです.
http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/52/52371.htm

kamakiri 回答番号 6
タイトル
スルーレート制限
ポイント
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アクセス3402
投稿日時17/01/19 08:12
皆様からのアドバイスを元に原因を探ったところ、オペアンプの出力がスルーレートで制限させている期間、イマジナリーショートが成立せず、入力電圧波形が歪んでいることが分かりました。
スルーレートの違うオペアンプを使用したところ、歪みの波形が変化しました。
出力電圧は入力電圧×ゲイン、ダイオードのVFで決まりますので、これらを変更して出力電圧を低くすることで、スルーレートの影響を小さくしてみようと思います。

yoshi05 回答番号 5
タイトル
高速
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アクセス3428
投稿日時17/01/18 12:29
最初↓の記事を紹介したものの、学生さんの課題かもと心配して消しました。失礼いたしました。

http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/ideald.html
出力がプラスからマイナスへ、あるいはマイナスからプラスへ変わるときに、高速動作が要求されますので、使うオペアンプは高速なものが望まれます。

#--
なので、理想ダイオードの回路ではどんなオペアンプやダイオードを使っているかが結構重要です。
 
U2の出力端子の信号波形を観察して、D1,D2の導通・非導通の変化を追いかけてみてください。

お手元にspice パラメターがある、SRが大きなオペアンプを試してみてください。

リカルド 回答番号 4
タイトル
出力に負荷抵抗を付けてみて
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アクセス3529
投稿日時17/01/18 02:17
出力に負荷抵抗をグランドとの間に付けてみて

dongdong 回答番号 3
タイトル
そうゆうもんです
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アクセス3512
投稿日時17/01/17 22:04
> この回路において、オペアンプの入力端子の電圧波形がひずんでしまう原因は何でしょうか。

ショックレーのダイオード方程式はご存じでしょうか?
それからダイオードの電圧Vと電流Iの関係を求めると
V≒VTln(I/Is)
ここで,VTは熱電圧,lnは自然対数,Isは逆方向飽和電流
となります.
ダイオードの等価抵抗Rは
R=ΔV/ΔI≒dV/DI=VT/I
となり,電流に反比例します.
つまり,電流がゼロに近かずくほど大きくなり,最後には無限大になります.
とゆうわけで,ゼロ近傍では負帰還がかからず,バーチャル・ショートが成立しないから,オペアンプの入力端子の電圧波形がひずんでしまう訳です.
このことは昔からわかっていたことで,アナログ・デバイセズの文献だとこの本に詳しいです.
https://www.amazon.co.jp/dp/091655001X

kamakiri 回答番号 2
タイトル
型式
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アクセス3496
投稿日時17/01/17 21:10
オペアンプ:uPC4741
ダイオード:1ss187

実機回路で用いている型式は上記にモノです。

yoshi05 回答番号 1
タイトル
定数は・・
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アクセス3510
投稿日時17/01/17 18:08
評価したオペアンプとダイオードの型名を教えてください

 

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