オペアンプを使用したフィルタが発振してしまいます

オペアンプを使用して画像のような回路を作りました。
回路の左半分はトランジスタの増幅回路で、右半分が中心周波数40[kHz]のバンドパスフィルタです。
回路はブレッドボード上に作製しています。

この回路にオペアンプの電源±15[V]を加えただけで出力が発振してしまいました。出力をスペクトルアナライザで見ると、40[kHz]付近に強いピークが現れてしまいます。オペアンプ用の直流電源以外の信号は入力していません。使用しているオペアンプはNE5534AP、トランジスタは2SC1815GRです。

この発振の原因や対策について教えていただけるとありがたいです。

よろしくお願いします。

No.6 回答者： inara1 回答日時： 2014/05/31 11:10

ご質問の回路をブレッドボードに組んでみましたが問題なく動作しました。

添付図下の左側の波形は50mVppの正弦波（32.5kHz）を入力したときの入出力波形です。入力信号の周波数が40kHzでないのは、BPFの220pFが手元になく330pFを使ったため、最大利得の周波数がずれためです。

波形の右側が無信号入力（入力端子を開放）時のものです。出力波形は20mV/divで取ったものですが発振していません。

写真で分かるように、使用したブレッドボードは上下に電源ラインのあるもの（脱着可能）で、上下の電源ラインをジャンパー線で結んであります。ptpt271さんのブレッドボードと配線がどのようなものか分かりませんが、回路の電圧利得が高い（53dB）ので、GNDラインや電源ラインの共通インピーダンスが大きいと、消費電流の変化が入力側の電位を揺さぶって正帰還がかかって発振する可能性があります。

添付写真の配線は共通インピーダンスを減らすように特に気をつけたものではありませんが、上下に電源ラインのあるブレッドボードをお持ちなら、添付写真のように配線してみてください。

なおオペアンプは、5534が手元になかったので、TL072(FET入力）を使っています。

この回答へのお礼

回路まで組んでくださって
丁寧にありがとうございます。

参考にします。

お礼日時：2014/05/31 15:32

No.5 回答者： xpopo 回答日時： 2014/05/30 23:49

回答NO.2です。

下記の補足にお答えいたします。

＞たびたび申し訳ないのですが、現在使用しているNE5534APもLow Noiseタイプと書いてあり、Equivalent input noise voltage(この値を見ればいいんですよね？)は4[nV/√Hz]とあります。
＞
＞この値よりも小さなもの、例えば3[nV/√Hz]と書いてあるものを使用すればノイズが軽減されるということでしょうか？

回答＞＞ノイズが問題になるのはバンドパスフィルタの前にあるディスクリートで組んだアンプです。
　この前段のアンプはゲインが４７ｄBと大きいためにトランジスタや抵抗の熱雑音をかなり増幅してしまいます。ちなみにこの前段のアンプのノイズシミュレーション結果（こちら→http://yahoo.jp/box/I1VKsk）を見ますと、出力ノイズ（V(onoise)）は　817.8ｎV／（√Hz)　で入力ノイズ（V(innoise)）はV(onoise)のゲイン分の１に相当する　3.87ｎV／（√Hz)　です。この入力ノイズは小さいほうですがゲインが大きいので出力のノイズは大きくなってしまいます。この入力ノイズは　NE5534AP　の入力換算ノイズの仕様値の　4[nV/√Hz]　に近い値ですね。
　この前段アンプをOPアンプに置き換えるとすれば、たとえば　AD797AN　の場合は　入力換算ノイズの仕様値が　0.9ｎV／（√Hz)＠f=１ｋHz　と１／４　近く低い値になります。　AD797AN　ならばGBWも１１０MHｚと大きいので使えるように思います。

この回答へのお礼

前段のアンプをトランジスタではなく、ローノイズアンプで構成するということですね。

丁寧にありがとうございます。

お礼日時：2014/05/31 00:41

No.4 回答者： tadys 回答日時： 2014/05/30 21:34

オペアンプの発振の原因でよくあるものは不適切なパスコンの使い方です。

添付の回路図にはパスコンが入っていませんが、現物の回路でも入れていないのでしょうか？
入れていないのであれば、オペアンプのプラスとマイナスの各電源とグランドの間に0.1uＦ～1uＦ程度のセラミックコンデンサを入れましょう。
場合によってはさらに、10uＦ（電解コンデンサで良い）や1000ｐＦのコンデンサなどを追加する必要があることがあります。
これらのコンデンサをバイパスコンデンサ（パスコン）といいます。

次にあるのは、低品質のグランドパターンです。
グランドの配線は出来るだけ太い電線を使います。
プリント基板の場合は幅の広いパターンを使います。

複数のアンプを接続した回路ではアンプ間の干渉で発振することがあります。
干渉はグランドの影響によるものと、電源の影響によるものがあります。
グランドの影響を除くには、1点アースを行う、ベタアースを行うなどの方法があります。
http://www.picfun.com/partgnd.html
http://www.miyazaki-gijutsu.com/series2/noise092 …

電源の影響はそれぞれのアンプに適切なバイパスコンデンサを入れることで低減できますが、それだけでは不十分なことがあります。
その場合は、電源ラインを通して影響が伝わることを防ぐために電源ラインを直接つなぐのではなく、アンプとアンプの間に数Ω～数十Ωぐらいの抵抗を入れます。
場合によっては、インダクタやフェライトビーズを使用することもあります。
これらの抵抗などとバイパスコンデンサでアンプ間の干渉を防ぐことをデカップリングといいます。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

パスコンは入れていますが、足を切らずにブレッドボードに差しただけなので、ICとの距離が離れすぎているのかもしれません。

アンプ間の抵抗は試してみたいと思います。

お礼日時：2014/05/30 22:15

No.3 回答者： kuro804 回答日時： 2014/05/30 20:53

こんばんは

もしすでに回答がありますような帯域内の雑音ではなく、その振幅が極めて大きくほぼ最大振幅に近いものであれば、不要な正帰還が生じてる可能性があり、
この場合、最も多く考えられる原因は電源回路を経由した帰還です。
トランジスタT1,T2の各コレクタ出力には電源ラインに乗った信号がそのまま出力される特性があり電源回路のデカップリングが必要な場合が多いです。
電源回路は理想的にはインピーダンスゼロですが、実際には結構大きなインピーダンスを保ちやすく、各ブロックごとにCRによるデカップリング回路を設けることが実装技術的には必要な場合があります。

添付したようなCxとRxを挿入してはいかがでしょうか。
Cx,Rxの値は概略で最適値はRxは１００Ωから１ｋΩくらいでしょう。

この回答へのお礼

ありがとうございます。

試してみたいと思います。

お礼日時：2014/05/30 22:11

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2014/05/30 20:01

回答NO.1です。

回路図の公開ありがとうございます。

　早速、LTspiceで調べて見ました。結果から申し上げますと、それは発振では無いと思います。
バンドパスフィルタの通過域がちょうど40kHzになってます。
それから、全体のノイズ解析を行ってみました。結果（こちら→http://yahoo.jp/box/ApfvOA）からバンドパスの通過域である40kHzでノイズは　8.25uV／（√Hz)　とかなり大きな値となってます。ちなみに帯域幅を100Hzとしてノイズ電圧Vnを計算してみますと

　　Vn　＝　8.25uV／（√Hz)×（100Hz＾2）＝　82.5mV

とけっこうな大きさのノイズになります。

対策としてはノイズの小さなアンプに変更することです。一番手っ取り早いのはLowNoiseタイプのOPアンプでアンプを構成することです。

この回答への補足

回答ありがとうございます。

たびたび申し訳ないのですが、現在使用しているNE5534APもLow Noiseタイプと書いてあり、Equivalent input noise voltage(この値を見ればいいんですよね？)は4[nV/√Hz]とあります。

この値よりも小さなもの、例えば3[nV/√Hz]と書いてあるものを使用すればノイズが軽減されるということでしょうか？

あまり詳しくないもので、もしかしたら初歩的な質問かもしれませんが、よろしくお願いします。

補足日時：2014/05/30 22:02

No.1 回答者： xpopo 回答日時： 2014/05/30 15:35

回路図が不鮮明で読めません。

定数まで読み取れる大きさで提示願います。

この回答への補足

失礼しました。
拡大したものはこちらからよろしくお願いします。

http://imefix.info/20140530/201205/rare

補足日時：2014/05/30 16:09