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2022年7月18日 (月)

OPAMP TESTER アナログディスカバリ用基板

オペアンプの偽物が沢山売られているのを見て、それらを簡単に判別ができないか、昨年あたりからボーっと考えていました。

そんなとき、キーサイトのwebサイトでオープンループゲインを簡単に測定する方法が紹介されているのを発見しました。

https://www.youtube.com/watch?v=2ar9b0b85IA

Opamp_tester00

非常に簡単な回路でオープンループゲインを測っていたので、基板を起こしてみました。

 

完成した基板は、こんな感じです。

Opamp_tester01

DUALチャンネルのオペアンプのch-1とch-2、SINGLE チャンネルのオペアンプを測定できるようにしています。挿すのは一度に1箇所だけです。

アナログディスカバリとの接続は「サイド型の30pinソケット」なのですが、手持ちでなかったのでこの写真のように配線が必要なところだけソケットを付けて実験してみました。

 

Opamp_tester03

結果は、こんな感じ。NJM2114のGB積の高さが際立ちますね。

本来、低域のオープンループゲインは100dBを超えるくらいまで到達するハズですが、おそらくアナログディスカバリの14bit ADCの分解能の制約で80dBちょっとくらいで頭打ちしているのだろうと思います。

 

それでも、GB積に相当する斜め線ははっきりと見えていて各オペアンプの差をとらえることが出来ています。

 

またアナログディスカバリから供給できる電源が±5Vなのでオペアンプのスペックシート通りの数値とは違います。外部から±15Vを供給すればカタログスペックと同様の観測が可能になると思います。

オープンループゲインの他、クローズドループゲイン、スルーレートなどを測定することができます。GB積も画面を見て計算すればOK。

 

Opamp_tester05

偽物が多く出回っているOPA627、OPA637も測ってみました。 先ほどのNJM2114と比べるとOPA637の異常さが分かりますね。

 

 

Opamp_tester04

こちらが回路図です。クローズドゲインを40dB(100倍)にしているので、通常のオペアンプならC1(10pF)は付けなくても発振しないと思います。

ユニバーサル基板でも製作可能な基板ですが「この基板が欲しい」というリクエストが多数ありましたら頒布してもいいかもしれません。

 

 

こちらはオフセットも調整して最大限ダイナミックレンジをとらえるようにして測定した物です。最大94dBまで見ることが出来ました。

 

 

つづきの記事 -> オペアンプ 実測データから求めるGB積

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電子回路」カテゴリの記事

コメント

面白そうですね。
偽物探しとしてではなく、OPAMPの品番別の差異を可視化できることに興味を持ちました。
だから何が出来るのか、という想像が働かないのが技術のない残念さなのですが、それでもなんとなく面白そうですねぇ。

例示されているチャートで
2114が示すカーブの意味はどういう風に解釈されるのか、
そのあたりも理解できると楽しいのかも?

でも、ANALOG DISCOVERY持っていないから、なぁ。


是非、頒布してください。
できれば、正負両電源を外部から供給できるような回路だと嬉しいんですが。やはり、±12Vや±15Vの特性を見てみたいもの。

sawanoriichi さん

OPAMPの特性をこんなに簡単に測定できるのは、アナログディスカバリの凄いところです。
ただ、価格やが安くないので、テスターを買うような勢いでは難しいですね。

2114のカーブは2ポール位相補償です。 高域でステップダウンフィルタが入っているような形状で、発振しやすい領域の位相を持ち上げる効果があります。


三毛にゃんジェロさん

外部電源を使うことで、アナログディスカバリの手軽さを少しスポイルしてしまいますが、絶縁DC/DCの±12V、15Vあたりのモジュールを使うならアリですね。

USB-Cのコネクタから5Vを供給すれば良いですし。まあ、DCDCのスイッチングのノイズ影響がどこまででるか、というのは試してみないと分かりません。 スイッチング周波数である100k~300kHzあたりに変な特性が出る可能性は捨てきれません。

たかじんさん

単電源DC30Vでもいいんですが、やはりオペアンプが最高の性能を発揮するとされる電源電圧に近い状態での特性が知りたいですね。
流石に±5VでMUSES01の本当の実力を測れるとは思わないので。

三毛にゃんジェロさん

MUSES01は利得帯域幅(GB積)が3.3MHz、ユニティゲイン周波数が3MHzというスペックです。
https://www.nisshinbo-microdevices.co.jp/ja/pdf/datasheet/MUSES01_J.pdf
こちらからの数値。

上の測定結果のグラフをみると、ユニティゲインは直読可能で3MHz。
GB積は10kHz で 52dB(398倍)なので、10k x 398倍 = 3.98MHz となります。

つまりスペックシートの数値は出ていることになります。あとはSRを測定するとどうでるか? という部分ですね。

それと、電源は±9V~±16Vと謳っているため、バラツキなどにより±5Vだと特性がでない個体もでてくるかもしれません。

最近のいくつかの記事を拝見し、ANALOG DISCOVERY2が休眠状態にあることを思い出しました。
メルカリで未使用品を買ったものの、何年も前ですっかり忘れていました。

MIX-10ESで20個位、電圧的に駆動できる手持ちのOPアンプを聴き比べしたのですが、はっきりとわかった5532のNJMとTIの違いをもたらす要因の一つはここなのでしょうね。
(MIX-10ESのほうも、その違いが判別できる性能ということですね!)
上の方がおっしゃられているように、他も含めて、ぜひ音の違いの可視化をこの基板でやってみたいです。

たーきーさん

ANALOG DISCOVERY2は供給できる電圧の調整が可能で、電流も増えているらしいですね。

おっしゃるようにオペアンプの音質を可視化できると嬉しいのですが、そこは非常に難しい課題だと思います。

とはいえ、特性の差が与える音への印象というのは、何か傾向がつかめるかもしれません。

たかじんさん
ユニバーサル基板で回路図のものを何とか作って、入力に対し100倍された波形が取れ(SC1_Pのところ)喜んでいるところです(笑)
正負電源入力端子もつけてみました。
ユニバーサル基板でノイズの影響を受けないか心配ですが、、、

ほんと素人質問で、間違った理解をしていたらすみません。R2を切り離さないとオープンループゲインの測定はできないのでは?と思ったのですが、実際の基板ではなにか仕組みが入っているのでしょうか?


たーきーさん

おぉ、ユニバーサルで自作されましたか。
そうそう、クローズループのままオープンループが測れるっていうと不思議に思いますよね。

詳しくは上の方のyoutubeのリンク先をご覧になると良いのですが、マイナス入力端子の信号を計測することでフィードバック量が分かるため計測時の40dBと足してオープンループを計算するという原理になっています。

ソフトのセッティングに少し癖があるので、後日まとめてみます。

たかじんさん
ありがとうございます。
動画を見て、入力を足すことでオープンループを測定する時と同等の測定になることに気が付きました。(合っているでしょうか?)

ユニバーサル基板は最初すぐできるかな?と思い作り始めると、実態配線図や、実際のはんだ付けも、桐井研究室さんの「LM1972を使った電子ボリューム」と同じ位と感じるようになり、考えてみるとICソケットが三つあり、信号や電圧の入力端子、出力端子、その他部品数など同じくらいの規模でした。

たーきーさん

そうです。正解です。 クローズドループゲイン+NFB量でオープンループゲインを算出しています。

この規模の回路でしたら、空中配線も使って最短+クロストーク低減してあげれば、さほどシビアに考えることなく作ることができると思います。

ICソケット3つで、それぞれに測定誤差が出ないようにするところはちょっとだけ気を使いました。

桐井研究室さんも良い配線ですね。しかも分かりやすいですし。

ANALOG DISCOVERYとANALOG DISCOVERY2
の違いはどのくらい影響がありますでしょうか?
記事を拝見して、試してみたいと思いました。
ANALOG DISCOVERY PROは流石に手が届きませんが、
ANALOG DISCOVERY2もかなり勇気が要ります。
ANALOG DISCOVERYなら何とかと思っています。
よろしくお願いいたします。

QUA さん

ANALOG DISCOVERYの1(無印)と2との測定能力の差は、殆ど無いと言えます。
供給できる電源が±5Vが可変(でも最大が±5V)になって、供給電流が50mAから250mAまで増えたところが大きな違いです。(この機能自体、あまり使わないと思います)

価格差が2~3千円くらいなら2をおすすめしますが、現状の価格なら1で十分と思います。

特にオシロ目的であれば、5万円だすなら1Gsps、4chの物が買えますし。
https://nw-electric.way-nifty.com/blog/2021/12/post-111eec.html

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