opアンプの高域が延びません

OPアンプのf特性が、高域が全然ダメで困っています．
どなたか、ご助言をお願いします．

オーディオ周波数領域のミリボルト計を作ろうと思い立ちました．
ナショ・セミのハンドブックを見ていたら、添付のような配線が見つかりまし
た．

これならすぐ出来ると簡単に考えて製作に取り掛かりました．OPアンプとして
は、最初は手持ちの TL071 を使いました．
Unity Gain Bandwidth ＝ 3 MHzで、Slew Rate は 13V / μsec です．
組み上げて早速テストしたら、高域の特性が、お話になりません．　数KHzから
落ちてきます．

こんなOPアンプではダメだとやっと気がついて、LME49850 に切り替えました.
オーディオ用とのことです．　オーディオ用とは、どこが違うのか良くわかり
ませんが、GB積は55MHz です．

これなら大丈夫と組み換えました．ところが、やはりダメです．高域は、せい
ぜい10KHzくらいで落ちてきます．

ひょっとしたら、入力側の浮遊容量がイタズラしてるのではないかと考えて、
1MΩのリークを20KΩに取り替えました．　カップリング・コンは、0.2μF
を10μFとしました．
やはりダメでした．

こんな簡単な回路です，こうなると、もうほかに打つ手を考え付きません．

お手数で恐縮ですが、どなたかお知恵を拝借させてください．
お願いいたします．

質問者からの補足コメント

• 

  取り急ぎ、お願いします．
  
  GOO から通知によると、最後の質問から１週間を経過すると、自動的にこの質問を締め切る規定だそ
  うです．
  まだ、締め切られては困ります．　お手数で恐縮ですが、なにか一言で結構ですから、ご回答をお願い
  出来ないでしょうか．　
  
  どうぞよろしく．

  No.8の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2015/07/07 20:30

• 

  Bogen555様
  お宅のご回答に対して補足したので、宛名を書いていませんでした．
  もう一度、再送します．　よろしく、お願いします。
  
  　　　　　　　　　　－－－－－－－－－－－－－
  
  取り急ぎ、お願いします．
  
  GOO から通知によると、最後の質問から１週間を経過すると、自動的にこの質問を締め切る規定だ
  そ うです．
  まだ、締め切られては困ります．　お手数で恐縮ですが、なにか一言で結構ですから、ご回答をお願
  い出来ないでしょうか．　
  
  どうぞよろしく．

    補足日時：2015/07/07 20:35

• Bogen555様
  お宅のご回答に対して補足したので、宛名を書いていませんでした．
  もう一度、再送します．　よろしく、お願いします。
  
  　　　　　　　　　　－－－－－－－－－－－－－
  
  取り急ぎ、お願いします．
  
  GOO から通知によると、最後の質問から１週間を経過すると、自動的にこの質問を締め切る規定だ
  そ うです．
  まだ、締め切られては困ります．　お手数で恐縮ですが、なにか一言で結構ですから、ご回答をお願
  い出来ないでしょうか．　
  
  どうぞよろしく．

    補足日時：2015/07/07 20:36

• 

  Bogen555様
  お宅のご回答に対して補足したので、宛名を書いていませんでした．
  もう一度、再送します．　よろしく、お願いします。
  
  　　　　　　　　　　－－－－－－－－－－－－－
  
  取り急ぎ、お願いします．
  
  GOO から通知によると、最後の質問から１週間を経過すると、自動的にこの質問を締め切る規定だ
  そ うです．
  まだ、締め切られては困ります．　お手数で恐縮ですが、なにか一言で結構ですから、ご回答をお願
  い出来ないでしょうか．　
  
  どうぞよろしく．

    補足日時：2015/07/07 20:37

No.8 回答者： bogen555 回答日時： 2015/07/01 21:59

紹介した本多先生の本が見あたらなかったので，たしかトラ技の連載をまとめたのだったと思いこのCDで

http://www.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37851.htm
2000年5月号p.259～を見たら載ってました．
それによると熱電変換方式のLT1088は-3db帯域は500MHz以上ですが，直線検波器は0dBV(1Vrms)で-3db帯域は10MHz，-40dBVで300kHz，-60dBVで70kHzでした．
OPアンプはAD817，ダイオードは1S1588です．
ショットキダイオード（1SS97)だと，レベルが下がるほど帯域は広くなっています．
なお，OPアンプがμPC811（LF411相当品）だと，-60dBVで10kHzでした．
最初に薦めたこれなんか期待できますね．
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01048/

ダイオードを秋月で見るとここら辺でしょうか？
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-07783/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-09111/
これでもいいかも？
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-03015/
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-06191/
サトー電気だとここの下の方にある
http://www.maroon.dti.ne.jp/satodenki/ld.html
「ショットキダイオード（小信号用）」から
「１ＳＳ９７－２　　￥２００+消費税」か，
「一般ダイオード（順不同）」から
「１Ｎ６０シリコンショトキ　￥１６+消費税　　１０ケ特価￥１００+消費税」？か
「１Ｓ９５３　　　￥３０+消費税　２０ケ￥４００+消費税」？，
「１Ｓ１５８８　　￥３０+消費税　１０ケ￥２４０+消費税」かな？

ダイオードは，わかってるのを使わないと時間とお金の無駄です．
特にショットキダイオードは，メーカーと用途毎に特性が異なるので要注意です．
それも実験してみればノウハウになりますが．

非線形回路のシミュレーションは，わけのわからない真黒モデルでやっても時間の無駄です．
メーカーに言えばHSPICE用の真っ当なモデルが出てきますが，NDA結ぶ必要があるし，HSPICEは非常に高価でIC設計をやっている会社や学校で買う物です．
こんなの買って，実験した方がずっと役に立ちます．
http://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?N …

この回答へのお礼

Bogen555様

ダイオードに就いてのご教示、有難うございました．

ちょうど昨日、1S1588 と 1N4148 を発注したところでした．

これで、なにか効果が起きれば、楽しみです．

取り敢えずお知らせまで．

お礼日時：2015/07/02 09:23

No.7 回答者： xpopo 回答日時： 2015/07/01 12:25

回答NO.6です。

回答へのお礼、ありがとうございます。

　ダイオードを疑って交換されようとしてるようですがあまり期待されない方がよさそうに思います。また、小信号用のシリコンダイオードは参考に提示しましたシミュレーション回路で使用した1N4148は秋月で購入可能です（http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00941/）。
　ほかに考えられる原因はOPアンプ出力と反転入力間に接続されてるコンデンサ（シミュレーション回路ではC3)に間違って極端に大きい値が使われた場合で、こちら（http://yahoo.jp/box/fkgCzE）に示したシミュレーション結果のように高い周波数でゲインが低下します。
　それからダイオードをショットキーに代えた場合（http://yahoo.jp/box/E37xxx）ですがダイオードのVFが小さくなりますのでOPアンプの出力の０Vクロスあたりの歪がかなり小さく改善されます。これはOPアンプに必要なスルーレートを軽減してくれる効果があります。

この回答へのお礼

xpopo様

１N4148の件は、有難うございました．早速、発注しました．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
おっしゃるとおり、ダイオードを取り替えても、何にもならないか
もしれませんが、藁にもすがると言う気持ちです．
失敗ばかりするのも、考えようでは楽しみです．

ところで、この前、秋月のサイトで、「ダイオード」を探したとき
には、この 1N4148 がどこにあったのか気づかずに、見つかったSD-
103A と言うのを発注しました．
やはり、あわてちゃいけないと自分に言い聞かせているところです．

ところで、理想ダイオード回路に関する記事を探していたら、「周波
数特性は、かなり悪くなる．ダイオードに順方向電圧が加わった場合、
電流が流れ始めるまでの時間の遅れが問題だ」と言う記述を見つけま
した．

貴見でも「ダイオードのVFが小さくなりますのでOPアンプの出力の
０Vクロスあたりの歪がかなり小さく改善されます」とのことでした．

どちらのご意見も、自分に都合の良いように（？）解釈して、ほのか
な期待を持っています．

すこし、時間の都合がつきませんので、結果が出るのは、ちょっと遅
くなると思いますが、出来上がりましたらすぐに結果を報告します．

では、ご免ください．」

お礼日時：2015/07/01 14:11

No.6 回答者： xpopo 回答日時： 2015/06/30 20:48

回答NO.5です。

NO.5の回答に以下の補足を追加いたします。

OPアンプに必要なスルーレートSRは周波数の最大値をｆmax、振幅のピーク値をVpとすると、

　　SR＝２πｆmax*Vp

で計算できますから、Vp＝7V、fmax＝30ｋHzとした場合SRは

　　SR＝2×π×30E3×10＝1.88E6　（V／s）＝1.88（V／μｓ）

と求まりますので、スルーレートSRは　2V／μｓ　以上あればよいことになります。ただし、ダイオード整流回路の非線形のためこれより大きなスルーレートが必要になりますがこのSRの5倍から１０倍あれば十分でしょう。

この回答へのお礼

xpopo 様

再度のご親切なご教示を、まことに有難うございます．

あの整流回路ではなく、別に、TL071、LME49860 で増幅回路を組んでみま
した．貴見のとおり、全く問題はありません．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
こうなると、F特性の不良は OPアンプではなく、別に原因があると考えら
れます．

他の部品と言えば、ダイオードしかありません．全くのあてずっぽうです
が、ダイオードをとりかえてみることとしました．

現用のダイオードは、小さな無印のものです．少信号用と銘打ったものを
購入しようと、秋月のサイトを覗きました．

ところが、大電流の整流用ばかりです．たった一つ、ショットキーを見つ
けましたので、発注しました．

ショットキーと言う名前だけで。特性は全くわかりません．でも、現用の
ものよりましだろうと、期待しています．

幾たびも繰り返してのご教示は、全く有難うございます．深くお礼を申し
上げます．

お礼日時：2015/07/01 11:12

No.5 回答者： xpopo 回答日時： 2015/06/30 19:17

今晩は

＞最初は手持ちの TL071 を使いました．
＞Unity Gain Bandwidth ＝ 3 MHzで、Slew Rate は 13V / μsec です．
＞組み上げて早速テストしたら、高域の特性が、お話になりません．　数KHzから
＞落ちてきます

おかしいですね。添付されてた回路だとTL071でもOP2604でも問題なく動作するはずですが．．．。
　テストされた条件は入力信号レベルをフルスケールの１％以上の大きさの振幅でテストされてますか？もしそれ以下の小さな振幅でテストされますと広域のゲインが数ｋHzから落ちてきてしまいます。しかし、入力振幅をフルスケールの１％より大きな信号を入れればそのような広域での減衰は発生しないはずです。
　ちなみに、フルスケール５Vレンジの設定でOPアンプにTL071を使って振幅７V　（0-p）で周波数を1kHzと20kHzでトランジェント解析をｔ＝1.5msecで走らせた場合のシミュレーション結果をこちら（http://yahoo.jp/box/gwgNIP）にアップしておきますがゲインの減衰はなく、正常に動作してるのがお分かりになると思います。

No.4 回答者： bogen555 回答日時： 2015/06/30 17:08

> ひょっとしたら、ナショ・セミのコピペかもしれません．

最初に紹介した藤原さんの「オペアンプで整流回路」を見ればわかるように，真空管時代からの伝統ある回路です．
「LH0062」はハイブリッドICでモノリシックではないから，DC特性以外は優れてます．

> 私の希望は、この程度の GBW、Slew Rate を使用すれば、この程度のF特性が得られるかを定量的に知りたいことです．
それは回路とダイオード次第だから，難しいと思いますよ．
スルーレートは，ダイオードのVF（元の回路では2VF）を高速に通過させるために，速いほどよいです．
GBWはスルーレートで追随してからの話ですが，ダイオードの抵抗分（ダイオード方程式を微分して得る）が信号レベルにより大幅に変動するため，レベルによって周波数特性が変わり大変です．
また，接合容量は品種と印加電圧で変動して，周波数特性に影響します．
ここら辺の詳しい話は，この本に載ってます．
http://www.amazon.co.jp/dp/091655001X

で，市販のミリバル（当時はこう言ってました）はどうしていたかとゆうと，VFの負担が1個分で済む直線検波器（藤原さんの「オペアンプで整流回路」の回路例１－１）で，ダイオードに検波用ショットキ・ダイオード（下記の「HSMS-280x」同等で当時はリード線タイプ）を使用していました．
http://www.avagotech.co.jp/pages/jp/rf_microwave …
検波用ショットキ・ダイオードは，VFが小さく抵抗分も小さいので，周波数特性が延びますが，日本製には低圧の物しか無く，やむを得ず高価なアバゴ（当時はhpと言ってました）製を使ってました．
「作りながら学ぶエレクトロニクス測定器」は日本製低圧ショットキ・ダイオードを工夫して使ったり，熱電変換タイプのRMS-DCコンバータを使ってみたりしてある程度のデータを載せていたはずです．
現時点で，真っ当なミリバルを作るんなら，検波にはこれを薦めます．
http://www.linear-tech.co.jp/product/LTC1968
実験してみましたが，方形波はオシロの＋振幅通りの値を示し，なかなか素晴らしいです．
欠点は，パッケージがMSOPのため，拡大鏡が必須であることです．

この回答へのお礼

Bogen555様

幾度もお手数を頂いて、お礼を申し上げます．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1_[コピペ……」は、全く筆のすべりでした．申し訳ありません．原著者にお詫びを言わねばなりません．

2_ナショ・セミのあの回路をみて始めて気がつきました．
負荷抵抗(ダイオード＋μA計）の値、それに測定レンジ決定用のRの値の大小
にかかわらず、Rの両端には、常に入力に等しい電圧が現れることを、いま始めて知りました．
「お前、何も知らないな」と自分に言いきかせています．

3_以前にエッチングを発注していた基板が到着しました．LME49860 の pdf で見つけた回路で、ご教示の「本格型 AC Volt Meter」の回路と同様のものです．これも、ミリバルを作るつもりのものです，、
現物は、整流回路にプリ・アンプを前置しています．OPアンプはLME49860です．

早速、前段のアンプ部を組んでみました．立派なF特性です．こうなると、あのF特の不良は、OPアンプに起因するものではなく、他に原因があると考えられます．

4_こうなると、残る部品はダイオードしかありません．いままで、ダイオー
ドには全く何も考慮していませんでした．ダイオードのF特性など、考えたこともありませんでした．

現在、使用しているダイオードはありあわせのものです．型番も不明です．
大きさから見て、整流用ではないと思いますが、さりとて、いわゆる少信号
ダイオードであるとは言いかねます．

そこで、直列に、1KΩ、次に 5KΩを接いで、F特を見て見ました．期待が外
れました．特に異常は見つかりません．
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
なにがなんだか、さっぱりわかりませんが、とにかくダイオードを取り替え
てみることとしました．

ところが、秋月のサイトを見てみたら、大電流の整流用ダイオードばかりで
す．やっと、小さなショットキーダイオードを見つけて発注しました．
これも、定格は全く不明です．

こんなもので、うまく行くか否かはわかりませんが、整流用よりもましだろ
うと希望（？）を持っています．

ちょっと、手が空きませんので、結果が出るのはすこし先になると思います．わかり次第、報告します．

では、有難うございました．

お礼日時：2015/07/01 10:48

No.3 回答者： bogen555 回答日時： 2015/06/29 22:42

> 有難うございました．　参考にさせていただきます．

って，結局最初の図では，なんとゆうOPアンプ使ってたの？

この回答へのお礼

前回のお礼が舌足らずのようだったようで、恐縮です．
すこし、詳しく申しあげます．

ご教示をいただいて、すぐにご提示のサイト「簡易型ACボルトメーター」へアクセスしました．

ところが、多分、貴方もすでにお気づきではないかと思いましたし、失礼になってもいけない懸念して、申し上げなかったのですが、この配線は、私の質問に添付した配線とほとんど同様です．ひょっとしたら、ナショ・セミのコピペかもしれません．

唯一の相違は、μA計をそのまま電流計として使用するか、それとも直列に抵抗を挿入して電圧計として使用しているかだけです．

また、使用されている LF355 は GBW = 2.5 MHz、Slew Rate = 5V/μSec に過ぎません．　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
これでは、現在と同様の高域低下の結果となる可能性は充分です

質問で申し上げたとおり、現在は OPA2604 を使用しています．GBW = 20MHz Slew Rate = 25V/μSec です　TL071は、もう使っていません．

また、あれでは見えにくかったと思いますが、原形で使用されている OPアンプは LH0062 GBW = 15MHz Slew Rate = 70V/μSec です。このSlew Rate が、成功の鍵かも知れません。

これも、説明不十分で恐縮でしたが、Slew Rate を考慮して、最大測定電圧は当初は 5Volt の計画でしたが、3Volt へ落としました．

電源電圧は、プラス・マイナス 14Volt です．

言うまでもないことですが、私の希望は、この程度の GBW、Slew Rate を使用すれば、この程度のF特性が得られるかを定量的に知りたいことです．

お礼日時：2015/06/30 11:55

No.2 回答者： bogen555 回答日時： 2015/06/29 09:18

検索したら，ＡＣボルトメータが出てきました．

LF356はTL071と違い出力電流を大きく取れます．
TL071は出力抵抗が数100Ω（もちろん負帰還をかければゼロに近くなる）で，出力電流があまり取れません．
これを参考にしたら動でしょうか？
「AC volt meter(part 1)(ＡＣボルトメータ、簡易型)」
http://www7b.biglobe.ne.jp/~kochan/workshop/anal …
「AC volt meter(part 2)(ＡＣボルトメータ、本格型)」
http://www7b.biglobe.ne.jp/~kochan/workshop/anal …

元の回路でTL071を使いたければ，ここの「出力電流ブースタ」を参考にJFET(2SK246)は4.7k～10kΩの抵抗，2SC372は無し，2SC512/2SA512は2SC2655/2SA1020でエミッタ抵抗は22ΩにすればOKでしょう．
http://www7b.biglobe.ne.jp/~kochan/workshop/anal …

1MHz以上までの帯域が必要なら，紹介した「作りながら学ぶエレクトロニクス測定器」を参考にします．

この回答へのお礼

有難うございました．　参考にさせていただきます．

お礼日時：2015/06/29 16:01

No.1 回答者： bogen555 回答日時： 2015/06/28 20:48

図が見えないけれど，OPアンプの選定ミスでしょう．

問題なのは，負荷駆動能力で，こんなビデオ用OPアンプがエエと思います．
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-01048/
もとのOPアンプがなんだかわかりませんが，それと比べてみて下さい．
ビデオ用OPアンプは入力バイアス電流とオフセット電圧が大きいんで，TL072でバッファし，あまりでDCサーボ掛けたら動でしょうか？

TL071だったら，ここを参考に
「オペアンプで整流回路」
http://118.243.179.248/Rectifier.htm
入力アンプと整流回路作ればOKでしょう．

数MHzまでのミリボルト計ならば，この本が詳しいです．
「作りながら学ぶエレクトロニクス測定器」
http://cc.cqpub.co.jp/lib/system/doclib_item/1076/