コンパレータの高速化・オペアンプで作るアナログデジタル変換器
以前、こちらの記事でオペアンプによるコンパレータ作った。
Arduinoで周波数カウンタを作ろうと思ったのだ。コンパレータを使うことで、アナログ信号がHIGH/LOWのどちらかに変換されるため、デジタル入力のインタフェースとして使うことができる。つまり、コンパレータは一種のアナログデジタル変換器とも言える。
さて、実際に周波数カウンタを作ってみたところ、100kHz以上の高周波になるとコンパレータの速度が問われるようだ。
前回はオペアンプ022を使った。このオペアンプは低電圧で駆動できるメリットがあるが、あまり周波数特性がよくない。100kHz以上では矩形波の形を保てず、立ち上がりが遅くなり三角波のようになってしまった。
そこで、以前作ったコンパレータを高周波に対応できるように改善してみた。こちらがその回路図である。
といっても、前回のコンパレータと基本は同じでオペアンプを変えただけ。持っている石の中で性能がでるTL072を採用した。
Arduinoで作る周波数カウンタのインタフェースに使う予定なので、超低周波(0.1Hz)の入力も想定してカップリングコンデンサの値を大きくした。
また、Arduinoのデジタル入力へ接続できるようにするには、0Vか3.3V（または5V）の信号でなければならない。そこで、出力にはクランプ回路と呼ばれる回路を入れてある。このクランプ回路を入れることで、この場合だと基準電圧が0Vへ持ち上がり、上限3.3Vの幅で信号が振れるようになる。
さて、この回路を組んでモジュール化してみた。オペアンプを変えられるようにICソケットを取り付けてある。オシロスコープで波形を確認することで、オペアンプの性能測定にも使えそうなモジュールである。
よく使う手持ちのオペアンプ072・4558・5532・022を入れ替えて、コンパレータの立ち上がりの波形を観察してみた。写真は、オペアンプTL072を使ったコンパレータに約130kHzの正弦波を入力した時の波形だ。
他にも5532でもキレイな矩形波を確認できたが、4558や022では矩形波自体が出力されなかった（もしかしたら、カップリングコンデンサの値が大きすぎたのかも）。
ちなみに発振器はコルピッツ発振回路を使ったもの。詳しくはこちらを参考に。
各オペアンプのスルーレート（立ち上がり速度）は次の通りである。
| オペアンプ | スルーレート（V/μs） |
|---|---|
| 072 | 13 |
| 4558 | 1 |
| 5532 | 8 |
| 022 | 0.5 |
表を見ても分かる通り、072や5532が矩形波の再現に優れている。TL072はFET型の入力で、安く購入できるのでかなり使えるオペアンプである。
OP Amps TL072CP Supply Voltage: Min 7V,Max 36V Operating Supply Current: 1.4 mA Number of Channels: 2 Channel; Input Type: Rail-to-Rail Package Quantity: 10 PCS
Amazonオススメの書籍
面白くないものはつまらない。 音や音楽に興味があるけど、電気の公式は見たくもない人、電気を「理科系」だと思っている人、勉強が嫌いな人、あなたのための本です。電気って、本当はすごく面白い。夢とロマンの世界なんです。それを知ってもらうために純粋文科系の私が書きました。読んでくれた人、ありがとう！これから読む人、よろしく！
Amazon
電子回路のブラックボックス化が進む中、現代のエレクトロニクス技術の原点といえるトランジスタ回路の設計技術を、基礎の基礎からやさしく解説しました。
Amazon
Amazonでお得に購入するなら、Amazonギフト券がオススメ！
コンビニ・ATM・ネットバンキングで￥5,000以上チャージすると、プライム会員は最大2.5%ポイント、通常会員は最大2%ポイントがもらえます！
Amazonギフト券