(参考資料) ウイーンブリッジ等、他形式のノッチフィルタ |
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歪率計で必要な、ノッチフィルタ―(基本波成分だけを急峻に取り除くフィルタ)についてまとめます。(ツインTは説明済みなので省略) 基本的には、CR発振器の方式別ノイズ検討で取り上げている発振器はどれもノッチフィルタとして使えます。(入出力の部分を入れ替えるだけ) 要するに、ベクトル軌跡が描く曲線が実軸を横切る点にブリッジのバランスを合わせればそこがヌル点になる。 参考として、各形式の基本回路に正帰還補正を入れてQ=2.0とした時の2foでのノイズレベルを等価ノイズRの値で比較してみました。(Rは時定数CRの値で、反転アンプのRも同じ) (参考)状態変数型OSC:0.78R ・Bainter型:0.78R ・ツインT(バッファ付):1.09R ・ツインT(バッファ無):2.83R ・ザルツァ型(バッファ付):1.68R ・ザルツァ型(バッファ無):4.16R ・ウイーンブリッジ(n=1):3.28R ・ウイーンブリッジ(n=2):4.46R ・状態変数型:4.66R ・移相型:5.70R 状態変数型OSCとBainter型ノッチの組合せでR=1kΩの場合は、総合ノイズRは(0.78+0.78)*1k=1.56kなのでEn=5nV/√Hzとなり、1Hz分解能でFFTすると10Vの信号レベルに対し-186dBが2foでのノイズフロア(分析限界値)となります。 CR型ではこの値がほぼ理論限界(これ以上はさらにRを下げて信号レベルを上げるか、FFTの分解能を上げるしかない) 1、Bainter型 OPアンプ大全で紹介されている回路。CRの定数の取り方で様々に特性をコントロールできるが、Qを上げるとU2のゲインが高くなって許容入力が劣化します。(図の定数で帰還なしにQ=1.0が得られる) ![]() CR型のノッチとしては最もノイズが小さく、時定数CRも2組で済むが、大振幅を扱う2つの反転アンプが必要。 Cの損失分があるとfoで落ち切らないのでわずかなCnを入れてやるとNullの底を改善できる。 2、Fliege型 かなりアクロバティックな接続ですが、これもノッチフィルタとして知られている回路。C1,R1,C2,R2でfoを決め、R5,R6でQを決めます。 ![]() このままでは単にQ上げだけで2foの低下補償が上手く行かないし、Nullの底も浅いのであまり筋は良くない感じ。 3、ザルツァ型 ![]() 図の左側は0dBバッファを使ってCRを同じ値でQ=0.5を実現できます。 反転アンプ側とも繋がるC1,R1の素子にはBainterやTwinTの2倍の電圧が印加されるので、CR素子の歪が問題とならない2段目以降のノッチに適している。 右側はRの値を2倍と1/2に広げてバッファを省略したものだが、Qが下がるので正帰還での補正量が増え、ノイズはかなり劣化する。 4、ウイーンブリッジ型 ![]() CRに同じ値を使うとゼロを取るのにR4を2倍にしなければならず、許容入力が劣化します。 図のように直列側のインピーダンスを半分にするとU1ゲインは-1で済むが、裸のQがさらに下がるので正帰還掛けてQを上げた後のノイズは悪くなる。 5、状態変数型 回路的には「バイカッド型」です。このタイプはQを10以上の非常に大きな値にしても調整がいらない(Qに対する素子感度が低い)のが特徴ですが、見て分かるようにOPアンプの数が4個と非常に多く、演算の為の抵抗もたくさん必要でノイズ特性も劣化する。 ![]() C1,R1,C2,R2でfoを決め、R5,R6でQを決めます。 状態変数型は単にOPアンプの数が多いだけではなく、周波数が高くなってGBWが不足した時の限界が低いので、10kHz以下の低周波で高Qが必要な時に使われる。 6、移相型 ![]() 同じ値のCRでバッファなしにQ=0.5を実現できる点は優秀ですが、R3,R4のノイズが出力に大きく出るので残留ノイズは悪くなります。 回路は最もシンプルだが、正帰還を掛けるにはインピーダンスの低いR1を駆動するバッファが必要になるのでザルツァ型の方が使いやすい。 7、LC共振型 CRフィルタは部品の入手が容易だが、Rのノイズ成分で限界性能は制約される。 その点LCフィルタは自身からの熱雑音はなく、さらにfoから離れると速やかに低インピーダンスになるので非常に低ノイズが可能です。 問題はLの歪で、コア入りだと問題外のレベルの歪が発生してしまう。空芯では大型になり、周囲からの誘導でノイズを拾う可能性が高い。 ![]() 右図は10kHzのノッチを構成したものですが、LCの特徴としてディップの幅が広い利点がある。但し、fの可変は出来ないので作りっぱなしの固定にせざるを得ない。 L1, L2に必要な値は20mH, 10mHであり、空芯では非常に大型になります。 終端抵抗を500/750/1kΩに変化させた時の応答がグラフの3本の線で、750Ωで終端するとちょうど2foまでフラットになる。 減衰量はLのQ次第で、Q=100ならfoで-80dBの減衰が得られる。 周波数が100kHzなら必要なインダクタンスが減るので、実際に作れるかもしれない。 枠に巻くだけだと誘導を拾うのは間違いないので、D字形に巻いた線をリンゴの芯のように中央にまとめて固く結び、全体が球形のフォルムをしたトロイダルコイルになると思われる。(これをシールドBOX内に納める) OSC部もLC発振器にすれば熱雑音はほぼ一掃でき、Cの電流歪みのみが残る。 20kV耐圧のスチコンなどと組み合わせれば、-190dB以下の「サブナノボルト」領域に到達可能である。 計測器のメニュー に戻る AudioのTOP に戻る |