差動増幅器を用いてアナログ伝送における雑音を低減する方法を教えてください。

A 回答 (2件)

前の方の補足になりますが次のように考えれば理解できると思います。



前提として複数の信号をまとめて伝送する場合その伝送路に雑音が入ると、すべての信号に同じ雑音が付加されると考えてください。

伝送における雑音の低減法ですが
まず信号の出力側で信号をそのままのものと反転したものの2種類を同時に出力します。
つまり出力信号は元の信号をAとすると反転したものは-Aとなります。(ここでいう反転とは交流的に-1倍するということです)
この信号をまとめて伝送するとします。
伝送路内において雑音nが付加されると前提より伝送された各信号線の出力はA+nおよび-A+nとなります。

この二つの信号を受け側で作動増幅器を用いて減算すると
(A+n)-(-A+n)=2A
となりますね。
つまり伝送路において付加された雑音をキャンセルすることができるわけです。

ただしCMRR(同相除去比)の悪いアンプを用いて減算を行っても期待する結果は得られませんので、使用する部品などを十分に選定する必要があると思います。

アナログ伝送でこの方法を使っている例として音響機器のバランス信号があります。
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差動アンプを使う場合のメリットは、ツイストペアの信号になると言う事ですね。



つまり片方にノイズが載っても、もう片方にも同じ様にノイズが乗るので、差は変わらないと言う原理です。

アナログで使ってる機器を思い出せないですが、10BASE-5(100BASE-5)のLANやRS-422等がデジタルでその方法を使ってますね。
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QスペクトルからS/N比を求める方法

いつもお世話になります。信号処理・品質工学・統計処理に関して素人です。

圧電素子を用いて心拍を検出しており、そのスペクトルからS/N比を算出したいと思っております。
すなわち、心拍測定時の圧電素子からの電圧信号をフーリエ変換して得たスペクトルと、
無負荷時の信号を同様にして得たスペクトルから求めたいと思っておりますが、
ピーク強度の比で求めればよいのか、面積の比で求めればよいのか、悩んでおります。

ピーク強度で比較した例(1):下記リンク先 5ページ目下方
http://www.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja016/jaja016.pdf

ピーク強度で比較した例(2):下記リンク先 中断付近「S/N比」の節
http://www.marumo.ne.jp/gvdvc/audio/ext_2.html

一方、S/N比の定義をみると、「信号の分散を雑音の分散で割った値である。」とあります。
また分散はスペクトルの面積に等しい(下記リンク先5ページ目 式(23))とのことから
http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2009_09/jspf2009_09-620.pdf
面積比で比較するのが正しいように思え、
どちらが正しいのかわからなくなってしまいました。

面積比で比較する場合、どの範囲の周波数域に渡って積分するのか、という
疑問も生じてきます。

すみませんがご教示頂けるとありがたいです。
勘違いしている点があれば、ご指摘頂ければ幸いです。

いつもお世話になります。信号処理・品質工学・統計処理に関して素人です。

圧電素子を用いて心拍を検出しており、そのスペクトルからS/N比を算出したいと思っております。
すなわち、心拍測定時の圧電素子からの電圧信号をフーリエ変換して得たスペクトルと、
無負荷時の信号を同様にして得たスペクトルから求めたいと思っておりますが、
ピーク強度の比で求めればよいのか、面積の比で求めればよいのか、悩んでおります。

ピーク強度で比較した例(1):下記リンク先 5ページ目下方
http://www.tij.co.jp/j...続きを読む

Aベストアンサー

S/N比の定義は多様です。
当座は、ご自分の領域でどういうSNRが普通に用いられるか調べて、それに合わせるのが無難だろうと思います。圧電素子の場合について定着したものがないなら、心電図のSNRが普通どういう形で議論されるかなどがよろしいかと思います。

以下は個人的意見ですが、
ピーク強度というのは、あぶなっかしいなあと思います。雑音次第で偶発的に信号ピークも変わるし。雑音自体もピークでは議論できず統計的に扱うしかないだろうし。
『S/N比の定義をみると、「信号の分散を雑音の分散で割った値である。」』、これは(信号のパワースペクトルの積分値)÷(雑音のパワースペクトルの積分値)ということですよね?でしたら、比較的普通なのはこれだと思います
ただしこれは、S/N比ではなくてS/N比の自乗でしょう。

「面積比で比較する場合、どの範囲の周波数域に渡って積分するのか」は非常に的を射た疑問です。信号のスペクトルが全く存在しない領域まで積分してしまえば、信号検出に関係ない雑音スペクトルの寄与を過大に評価することになります。業界に基準がないなら、勝手に自分が妥当と思うように決めるしかないでしょう。

以下は高等編になるのですが、ご参考まで---------------------------------
もともと、信号とはどう定義されるのか、雑音とは、SNRの定義とはなんだ、というのが曖昧なまま、便宜優先で(つまり恣意的に)取り扱うことが普通なので、いろんな問題が起きるのです。
「SN比とは何だ?信号Sとは何だ?」ということを真剣に考える学生達に私が勧めていたのは、本質的なSNRとして、Matched Filter SNR(MFSNR)の使用です。
MFSNRにもいろいろありますが、そのひとつ、Non-Prewhitening Matched Filter SNRというのは下記です。
SNR^2=|信号パワースペクトルの積分|^2/(信号パワースペクトル×雑音パワースペクトルの積分)
これは、積分の周波数範囲をどう取っても殆ど結果に変わるところはありません。信号のない(あるいは殆ど無い)スペクトル域の雑音は信号検出能に(ほとんど)関係ないということを反映した計算になっていますから。
問題は、Matched Filter SNRの勉強をしないといけないことと、ちょっと専門的になりすぎる嫌いがあることです。

S/N比の定義は多様です。
当座は、ご自分の領域でどういうSNRが普通に用いられるか調べて、それに合わせるのが無難だろうと思います。圧電素子の場合について定着したものがないなら、心電図のSNRが普通どういう形で議論されるかなどがよろしいかと思います。

以下は個人的意見ですが、
ピーク強度というのは、あぶなっかしいなあと思います。雑音次第で偶発的に信号ピークも変わるし。雑音自体もピークでは議論できず統計的に扱うしかないだろうし。
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Q差動増幅器について

差動増幅器アンプに付いて教えてください。
非反転増幅器の負帰還出力(DC0-10V)が以下のような回路図につながっています。計算式などご教示いただける方、よろしくお願い申し上げます。
-、+とも同電位信号が入力されています。
私が思いますに、差動入力を使って、結果的に非反転増幅をしているのではないかと思っています。
しかしながら、この回路は、どのような効能があるのでしょうか?本回路は、トルク信号のゼロ・スパンを合わせた後、一次フィルタ回路の後に置かれています。差動増幅器は、
-端子への入力抵抗をR1、
帰還抵抗をR2
+端子への入力抵抗R3
並列抵抗R4
とした場合、R1=R3、R2=R4として
Vout=R2/R1(V2-V1)[V2:反転入力電圧、V1:否反転入力電圧]
またこのような回路が掲載されている、サイトをご存知ありませんか?

  ----抵抗----
             | |
| |
----可変抵抗--抵抗--抵抗-----[-入力]--------
|
|
  --抵抗-------------------[+入力]


よろしくお願い致します。 

差動増幅器アンプに付いて教えてください。
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しかしながら、この回路は、どのような効能があるのでしょうか?本回路は、トルク信号のゼロ・スパンを合わせた後、一次フィルタ回路の後に置かれています。差動増幅器は、
-端子...続きを読む

Aベストアンサー

(どうも、遅くなりました。)
 
 
>> 極性を変更する回路、+表示か-表示かの選択スイッチが付いています。<<


 これで分かってきました。

           ┌──-R1/2─┐
           │  | \    │
  V1 ─┬─R1─┴─┤- \   |
     │        |    >─┴─ Vout
     └─R2─┬─┤+ /
           │  | /
         ┌──┤
         │   │
          /  2R2
         │   │
         ┷   ┷
       ↑
       極性反転スイッチ


1.
差動アンプを応用した回路です。
抵抗値を図に示した比に限定して使います。
R1とR2の関係は任意です。



2.
 スイッチがONのとき。
教科書的な反転アンプなので、ゲインは
  A = (R1/2)/R1 = 1/2
であり、
  Vout = -1/2・V1
となります。-なのでV1と逆極性です。



3.
 スイッチがOFFのとき。
前回 No2で書いた Vout= の式がそのまま通用します。
アンプ+側入力の電圧は、
  V1・2R2/(R2+2R2) = V1・2/(1+2) = 2/3・V1
です。この電圧をNo2の式のV2に代入すると、
  Vout = A・(V2-V1)+V2
      = 1/2・( 2/3・V1-V1)+2/3・V1
      = V1{1/2・(2/3-1)+2/3}
      = +1/2・V1
となります。+なのでV1と同極性です。



4.
 以上、スイッチのON/OFFで、出力の極性が+/-に切り替わる回路でした。(振幅が半分になりますが。)
これは 位相を180度スイッチさせる変調回路であるとも言えます。

 
 

(どうも、遅くなりました。)
 
 
>> 極性を変更する回路、+表示か-表示かの選択スイッチが付いています。<<


 これで分かってきました。

           ┌──-R1/2─┐
           │  | \    │
  V1 ─┬─R1─┴─┤- \   |
     │        |    >─┴─ Vout
     └─R2─┬─┤+ /
           │  | /
         ┌──┤
         │   │
          /  2R2
         │   │
         ┷   ┷
    ...続きを読む

Qナイキスト周波数に関する文章について

以下の文章の意味することをわかりやすく教えていただけないでしょうか?
[低周波変換されて入り込む高周波雑音による雑音振幅の増大を避けるためには、低周波フィルタのカットオフ周波数をナイキスト周波数に等しくすることが良い。]
それぞれの意味を調べてはいるのですが・・・
よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

一部分の概要だけ。

被測定周波数とサンプリング周波数が近いケースがわかりやすいです。

以下のことを想像して下さい。紙に書くと解りやすいです。

1.10Hzのサインカーブを10周期描く
2.11Hz の周期でサンプリングしていく。
最初はサインカーブのピークから始めましょう。
次のサンプリングは、次のピークより少しだけ早い位置です。
その次のサンプリングは、更に少しだけ早い位置...
3.サンプリング点を結んでみてください。
1Hzのサインカーブにちかい形になります。
存在しない1Hzの波が「あるように見える」
即ちデジタルサンプリングすることによって発生するノイズなわけです。


検索すれば3者の周波数の関係式などすぐ見つかると思います。

Q差動増幅器について

生体電気現象計測機器(脳波計や心電計)で差動増幅器が使用される理由はなぜですか?
雑音を消すためにあるような気がするのですが、よく分かりません。

Aベストアンサー

得られる信号レベルが微少でノイズの影響を
受けやすいので、そうならないようにするため
=「雑音を消すため」正解です。

ただ、差動増幅器だけで事が解決するわけでは
ありません。信号源の正負から撚り線で作動増
幅器へ接続する必要があります。これにより電
流ループ内に他からの磁界が入れなくなります
から、ノイズに強くなります。

差動増幅の出番はここからで、正負両方に同じ
く乗った同相ノイズ(コモンモードノイズ)を引
き算でキャンセル(相殺)します。

上記撚り線を更にシールドして、差動増幅器の
手前にコモンモードチョーク(1:-1のトランス)
を入れてやれば万全です(主に差動増幅器の帯域
より上で効く)。

Q周波数測定用ブリッジとは?

 大学で交流ブリッジについて実験をしたのですが、その中に周波数測定用ブリッジというものがあったのですがその装置が壊れていて使用できませんでした。
 教授に質問しても漠然とした回答しかかえってきません。いったい周波数測定用ブリッジとはどういったものなのでしょうか?

Aベストアンサー

直流用のホィートストーンブリッジについてはご存知だと
思います。
R1×R2=R3×R4がバランス条件
四つのRの代わりに、CやLを入れてやれば、
未知の素子の交流インピーダンスを測ることが出来ます。
Z1×Z2=Z3×Z4がバランス条件
となりますが、Zは、周波数依存性があります(たとえば、
キャパシタなら、Z=1/iωC です。)
から、上のバランス条件は、測定周波数によって変化します。
そこで、Z1~Z4に全て既知のインピーダンスを持つ素子
を入れてやって、どの周波数でバランスするかを見れば、
逆に、測定周波数が判る、というわけです。

ただし、周波数ブリッジにはさまざまな回路がありますから、
ごらんになった物が上で説明したものと同じかどうかは
わかりません。たとえば、もっと簡単に、単なるLC共振回路
でも、どの周波数で吸収が起こるか、較正してやれば、周波数ブリッジ
として使えます。

Q差動増幅回路の設計

差動増幅回路の設計関係の質問ですが、sine wave(入力部は41.9mVと40.6mVでそれぞれ反転しているので、実際は41.9と-40.6で2つの差は82.5になります。)で、R1=R3=3.3kΩ、R2=R4=200kΩで出力を5Vに上げようとしましたが、なぜか入力値しか出ません。(Vo=41.9)

抵抗の値を変えても変化は殆どなく、もう一度組みなおしても全然変化なしで困っています。
銅線は全部繋がっていますし双方の入力部からもキチンとシグナルが出てますので、そちらの原因ではないことが分かりましたが、何が原因なのか全然分かりません。

仕方が無く出力部を別のオペアンプに繋げて其処から5Vまで上げようと思いましたが、それも上手く出ません。

上手く差動増幅回路が動くようにするにはどうすれば良いのでしょうか?
もし宜しければアドバイスをお願いします。

因みにオペアンプの種類はLM324Nです。

Aベストアンサー

電源をプラス電源のみで使っていませんか?
プラス電源のみでも出力できますが、直流バイアスが必要です。

QAM放送の雑音解消法?

ミニコンポでAM放送を聞くとき四角い枠のついたアンテナ線を動かして一番雑音の少なくなる方向に向けてもわずかに「ジージー」という雑音が入ります。アンテナ線を手で持っている間は雑音がなくなる場合がありますが、放すとまた雑音が出てきます。
手で持っていなくても雑音がなくなる方法はないでしょうか?

Aベストアンサー

追伸:ループアンテナに電線を絡ませてアース、または構造体に接続する方法がご質問に対応するものです。
AC100VラインがANTになり専用ANTなしで受信する方法です。
ラジオ全盛期によく行われていました。
工場等の加工機のノイズその他、付近電源ライン状態、時間帯によっては適さない場合もあります。
その場合は、本来の吊り下げ式、金属カーテンレール等代替で受信します。

Q差動増幅回路に関して

こんにちは
昨日、差動増幅回路の件で質問しましたが、(http://oshiete1.goo.ne.jp/qa3227281.html)

回答者様方からの返答をもとい、再度挑戦しましたら
+端子からGNDの間にある200kΩを抜いたらキチンとシミュレーション通りの結果が出ました。

ただ抵抗を一つ抜いたので本やネットに載っている標準の差動増幅回路とは違うので個人的には、これで良いのかなぁと迷っています。

無論正確にどうして抜いたらシミュレーション通りに出るのか説明できたら問題ありませんが、どうも正確な答えがわかりません。

今現在図書館にある本で調べていますが、その事については触れていなくて少々困っています。

個人的な見解としては、+端子の入力部から入ってくる電圧の殆どが+端子とGNDの間にある抵抗(自分の回路は200kΩの抵抗を使用しています)によって吸収されているからだと思いますがこれであっていますか?

Aベストアンサー

ANo.2 の文章に致命的な間違いがありました。部分修正すると分かりにくいので全文書き換えます。

バイアス電圧ばかりに気を取られていましたが、そもそも、この回路(↓)は差動増幅器になりません。

              ┌── R2 ─┐
              │ V+     │
              │┏┷━━┓│
    V1 ─ ─ R1 ─┴┨-    ┠┴─ ─ Vout
    V2 ─ ─ R3 ─┬┨+    ┃
                ┗┯━━┛
                  ┷ 0V

この回路の出力電圧 Vout は次式のようになります。
   Vout = ( 1 + R2/R1 )*V2 - R2/R1*V1
       = ( 1 + R2/R1 )*{ V2 - R2/( R1 + R2 )*V1 }
Vout が V2 - V1 に比例するのが差動増幅器です(この関係にあれば、V1 とV2 に重畳されているコモンモードノイズがキャンセルされる)。しかし、上式のV1の係数 R2/( R1 + R2 ) を 1 にするためには、R1 = 0 か R2 →∞ にしなければなりません。そのとき、( 1 + R2/R1 ) → ∞ となってしまいますので、 現実には R2/( R1 + R2 ) を 1とすることはできません。

一方、R4 が入っている本来の差動増幅回路(↓)では

              ┌── R2 ─┐
              │ V+     │
              │┏┷━━┓│
  V1 ─ C1 ─ R1 ─┴┨-    ┠┴─ C3 ─ Vout
  V2 ─ C2 ─ R3 ─┬┨+    ┃
               │┗┯━━┛
               R4  ┷ 0V
               │
            ┌─┼─ R5 ─ V+
            C4 R6
            └─┤
               ┷ 0V

   Vout = ( 1 + R2/R1 )/( 1 + R3/R4 )*V2 - ( R2/R1 )*V1
       = -R2/R1*{ V1 - ( 1 + R1/R2 )/( 1 + R3/R4 )*V2 }
となります。Vout が V2 - V1 に比例するようにするには、R1/R2 = R3/R4 としなければなりません。R1 = R3 = 3.3kΩ、R2 = R4 = 100kΩとした場合には
   Vout = -100/3.3*( V1 - V2 ) = 30.303*( V2 - V1 )
と、利得30.3倍の差動増幅器になります。

ANo.2 の文章に致命的な間違いがありました。部分修正すると分かりにくいので全文書き換えます。

バイアス電圧ばかりに気を取られていましたが、そもそも、この回路(↓)は差動増幅器になりません。

              ┌── R2 ─┐
              │ V+     │
              │┏┷━━┓│
    V1 ─ ─ R1 ─┴┨-    ┠┴─ ─ Vout
    V2 ─ ─ R3 ─┬┨+    ┃
                ┗┯━━┛
                  ┷ 0V

この回路の...続きを読む

Q人ごみが好きな人

人ごみが嫌いな人は数多く居ますが、逆に人ごみが好きな人っていますか?

寂しがりやな人は案外、「人が多いと寂しくない!」っていう気持ちになれるから人ごみが好きだったりするんじゃないのかなと思ってるのですが・・・

Aベストアンサー

「人ごみが嫌い」って言ってても、本当に嫌いなのか怪しいと思います。
なぜなら、特に東京周辺のアウトドア系スポットは、休日は人だらけなのです。どんなに景観悪くつまらない河川敷なんかでも。
自分は自然を楽しむのに、わざわざ人ごみの中に行きたいとは思いません。全く人のいないような穴場だけを狙って行きます。ましてや電車や車の行き交う橋の下で、人混みの真ん中でバーベキューなんてしたいとも思いません。その辺の「バーベキュースポット」になっていない川原で、仲間内だけでポツンとやる方がはるかにマシです。

みんなとは言いませんが、少なくとも多くの関東の人は「静かで野生的な自然」ではなく「お祭り騒ぎ」や「多くの人との時間・空間の共有」を求めているということは言えると思います。花火大会やディズニーランドのような趣を、なんと自然にも求めているのです。
関東において、「人がいないとなんか不安」という心理は、あらゆる所で働いていると思います。これは「寂しい」という心理にも通じるものかもしれません。

Q差動増幅回路の入力電圧範囲

トランジスタを用いた一般的な差動増幅回路を構成した時、
それぞれのトランジスタのベースに印加する電圧は
何Vまでかけてもよいのでしょうか?

また平衡状態にするときはそれぞれのとらんじすたのベース部に
印加する電圧が等しければ何Vでもいいのでしょうか?

どうかおしえてください。

Aベストアンサー

エミッタコモンベース入力の回路とします。
共通エミッタは定電流もしくは抵抗でVEEに接続,コレクタは負荷抵抗を通じてVCCに接続する物と考えます。
最大定格が判らないのでトランジスタが能動領域で動作する範囲としてベース電位はVEE+Vbeより大きく,VCCより小さい必要があります。(厳密ではありません概略です)
以上は必要条件です。回路構成,定数が判らないと十分条件は出せませんが,上記の範囲よりも狭くなります。

平衡状態にするには上記の条件に加え,各ベース電位がほぼ等しいことが必要になります。


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