Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/12 (Sun) 23:17

inara1さま
ご教示、ありがとうございます。

＞ノッチフィルタのように、減衰特性が鋭い（谷が深い）ものは、周波数特性をシミュレーションするとき、計算ステップを細かくしないと、谷底を飛ばしてして計算してしまう恐れがある

↑適切なご教示を頂きありがとうございます。
おっしゃるとおり、ステップは１００で解析しておりました。さっそくAC解析をやり直してみました。
４０Hz～６０Hzを１０００ステップにしてみたら、添付図のようになりました。

試作したものはかなり谷の浅いフィルタでした。半固定抵抗器を調整し直してみたいと思います。

(UAF42でノッチフィルタ試作)
＞電源電圧を12Vとして実験して

↑12Vに変更してみたのですが、出力に波形が出てこなくて・・・・困っております。なんかいも接続を見直しているのですが・・・

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/13 (Mon) 09:52

inara1さま

>信号入力がないとき、乾電池の-側を基準にした中点電圧（UAF42の4pinと11pin）は、ちゃんと電源電圧の半分になっているでしょうか。

↑ありがとうございます。
オシロのDCで測定してオッケーだとおもっていました。ところが、ご教示いただき、まず分圧回路を分離して正確にテスターで診たら、分圧される電圧は正確に12V→6V、6Vで中間電圧が出来ていましたが、これをUAF42を組んだ回路に接続すると、COM基準でプラス側が9.24V、マイナス側が-2.74Vになっていました。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/13 (Mon) 17:44

最初に分圧回路を分離したとき、LEDはつけたままですか？

分圧回路に使われているOPA2131の電流駆動能力はあまり高くないので、OPA2131の
出力（COM）とGND（電池の-側）間にLEDを接続するのは好ましくありません。も
し、LEDをつけたときにOPA2131の出力（COM）の電圧が下がってしまうのなら、添
付図のように、LEDのアノードを回路電源（電池の+側）から取るようにしてくださ
い。

オシロスコープのGNDは、２つともCOM端子に接続されていますね？オシロスコープ
のGNDは内部でつながっているので、別々のところにつないではいけません。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/14 (Tue) 12:31

inara1さま

LEDの接続のご教示ありがとうございます。

プローブを被測定回路のGNDに接続するときのご注意はわたくしはうっかりが多い
ので、本当に大事です。ありがとうございます。

3pinからCOMに4.99kを接続するところにミスがありました！（お恥ずかしいミスで
す。ブレッドの同じ列にこの抵抗器と、1pin-5pinの2k抵抗器を一緒に置いていま
した。）

おかげさまで、添付のようにかなりシャープに50Hzを減衰してくれるようで、うれ
しいです。

ただ、約1MHzの高周波が重畳してしまいます。パワーソースのpin最短距離のとこ
ろに0.1μFを入れてありますが、消えません。これは安定化電源を使っているから
でしょうか？

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/14 (Tue) 18:25

＞3pinからCOMに4.99kを接続するところにミスがありました
そこでしたか。半固定抵抗の部分は見てませんでした。確かにごちゃごちゃしてい
ます。4.99kΩの抵抗は、50Hz以外の利得を正確に0dB（1倍）にするための抵抗な
ので、利得の精度がそれほど必要なければ、10kΩの抵抗を2本並列にしたものでも
いいと思います。

出力波形に1MHzが重畳しているのは、OPA2131かUAF42が発振しているのかもしれま
せん。乾電池（パワーソース）の-側をプローブのGNDにつないで、OPA2131の7pin
（COM）の波形に1MHzが乗っていないかオシロスコープで見てみてください。1MHz
が乗っているようなら、OPA2131の電源端子間（4pin-8pin間）に0.1μF程度の積層
セラミックコンデンサを入れてみてください。OPA2131の7pinの波形が問題なけれ
ば、UAF42の電源端子間（9pin-10pin間）に0.1μF程度の積層セラミックコンデン
サを入れてみてください。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/14 (Tue) 19:24

inara1さま

ありがとうございます。

＞4.99kΩの抵抗は、50Hz以外の利得を正確に0dB（1倍）にするための抵抗なの
で、利得の精度がそれほど必要なければ、10kΩの抵抗を2本並列にしたものでもい
い

↑これはそういう目的なのですか、見てわかるように勉強したいです。

オシロの型は、
岩通のSS-5421（DC～350Hz）です。ヤフーオークションで手に入れたのですが、水
平線が安定しないで困っていろいろ調べました。そうしたら電圧の利得設定の回路
のいちばん端に、Band Widthのスイッチモジュールがあって、結局これが汚れてい
たために接触不良だったとわかり、分解清掃しました。その他、電源回路と水平同
期の回路でコンデンサがパンクしていて、交換したりで手間が掛かりました。（は
じめてでお勉強には良い教材でした）

＞0.1μF程度の積層セラミックコンデンサを入れて

↑はい、これはinara1さまから常々ご教示いただいているので、すでにはじめから
両方に入れてありました。

18.8V（中間電圧9.4V）まで上昇させると重畳が目立たないのはそれで正常なので
しょうか？

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/15 (Wed) 12:03

オペアンプが発振していないのになぜ1MHzが重畳しているのか分かりませんが、対
症療法として、以下のどちらかを試してみてください。
（１）3pin-COM間に1000pF程度のコンデンサを入れる
（２）5pin-6pin間に1000pFを入れる
（１）の方法は入力信号に重畳にしている高周波成分を減衰させるもので、（２）
はフィルタの出力に重畳にしている高周波成分を減衰させるものです。

いずれの方法でも、10kHz以上の信号が減衰してしまいますが、筋電信号には、あ
まり高い周波数の信号は含まれないと思います。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/15 (Wed) 13:57

inara1さま

ありがとうございます。

（１）3pin-COM間、
（２）5pin-6pin間
で比較してみました。
(1)では変化がわかるほどありませんでしたが、(2)で顕著に変化しました。添付写
真の通り、こんなに減衰されました！
フィルターにその成分が入っていたのですね。
おかげさまです。ありがとうございます。

＞1000pF程度のコンデンサ→10kHz以上の信号が減衰

↑これを覚えておきます。

もう一つ問題が解決されました。
COM～6pin出力をオシロで取る時は中間電圧が正しく中間値を示して（+6V/-6V）い
るのですが、PCのイヤフォンジャックに接続するとそれが偏向（+7.53V/-4.43V）
しておりました。

それが5pin-6pin間の1000PFを入れるだけでほとんど中間値（+5.81V/-6.16V）を示
します。

なぜここに入れたら正常になるのでしょうか？
この前のご教示↓と同じ理由なのかなぁ・・・

＞分圧回路に使われているOPA2131の電流駆動能力はあまり高くないので、OPA2131
の出力（COM）とGND（電池の-側）間にLEDを接続するのは好ましくありません。も
し、LEDをつけたときにOPA2131の出力（COM）の電圧が下がってしまうのなら、
（inara1さま１３日のご教示）

・・・と考えましたが、いまのわたくしには難問です。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/15 (Wed) 15:11

（２）の方法で1MHzが減衰するのは、フィルタ内部の最後のオペアンプ回路の利得
を、高い周波数で落としているからです。最後のオペアンプ回路は加算器ですが、
１つの入力信号から見れば、単なる反転増幅回路です（添付図）。その帰還抵抗
(R9)と並列にコンデンサC1を入れると、ローパスフィルタになります。C1の容量を
変えたとき、添付図のような周波数特性になります。計算方法は省略しますが、
カットオフ周波数 fc (Hz) は
fc = 1/(2*π*C1*R9)
で計算できます。C1 = 1000pF のとき fc = 13.2kHz となります。このローパス
フィルタは、周波数が2倍になると利得が半分になる性質があるので、1MHzではか
なり減衰します。ある周波数 f (Hz) での利得 G（倍）は
G = (R9/R7)/√{ 1 + ( 2*π*f*C1*R9 )^2 }
となるので、直流（ f = 0 ）での利得は 6.05 ( 15.6dB )、f = 1MHz での利得は
0.08 ( -22dB ) となります。

（１）の方法もコンデンサを入れることによって高周波を減衰させるものですが、
これは入力信号に含まれる高周波信号を減衰させるものです。UAF42内部で発生し
信号に対しては効果がありません。（２）の方法では、UAF42内部で発生した1MHz
も減衰させることができます。（１）と（２）の２つの方法を紹介したのは、1MHz
がどこから来たものか分からなかったからです。（１）が効かなくて、（２）で
1MHzが減衰するということは、1MHzが入力信号側から来たものでなく、UAF42内部
から来たものだと思います。

一番疑われるのはフィルタ内部のオペアンプの異常発振です。これはバイパスコン
デンサ（パスコン）が入っていない場合に起こることがありますが、この回路では
パスコンが入っているそうなので、1MHzの信号の由来は、電源電圧に重畳したもの
かもしれません。オペアンプは一般に、電源に重畳したノイズ成分は出力信号に現
れない（抑圧される）のですが、ノイズ成分の周波数が高い場合は抑圧できずに、
出力信号にノイズが重畳することがあります。電源電圧に1MHzが重畳していること
はないでしょうか。オシロの入力カップリングをACにすると直流に重畳した交流信
号を観測することができます。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/15 (Wed) 18:54

inara1さま

早速にご教示ほんとうにありがとうございます。

＞最後のオペアンプ回路は加算器ですが、

↑これは1pinから出力されるローパスフィルタの信号と、
13pinから出力されるハイパスフィルタの信号を
加算する、ということで間違いありませんでしょうか？

その二つを加算した信号から、7pin出力のバンドパスフィルタの信号を減算するの
でしょうか？

＞１つの入力信号から見れば、単なる反転増幅回路です（添付図）。その帰還抵抗
(R9)と並列にコンデンサC1を入れると、ローパスフィルタになります。

↑このようにコンデンサを付けていただくと、「なるほどローパスフィルタだ」と
わかりますが、無いときは思いつきませんでした。まだお勉強が足りません。
計算方法をお示しくださってありがとうございます。

＞一番疑われるのはフィルタ内部のオペアンプの異常発振
＞電源電圧に1MHzが重畳していることはないでしょうか。

↑電源をオシロで見ましたが、高周波の重畳はありませんでした。それから電源を
乾電池に交換してみました。乾電池の電源でもやはり同じように高周波が出ていま
した（添付写真）。
それに、ジェネレータの周波数を50Hz付近で上下させて減衰のポイントを探してい
ると、一番下がったところで「うなり」を生じてしまいます。
静電気の影響もあるようですが、うなりの周期は３０秒と長いんです。

このUAF42は、ちょっと「ダメ」かもしれませんね！

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/15 (Wed) 19:25

UAF42が異常発振しているようですね。
明日と明後日は仕事なので、土日にまたお答えします。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - ｃｈｙ_farm

2012/08/16 (Thu) 23:58

inara1さま

今日はお仕事なのに、またまたこんなにご教示いただきありがとうございます！
わたくしも今日は出張で、早朝から出かけ、いまやっと帰り着きました。御礼が遅
れましてすみませんでした。

＞うなりが発生しているのは、信号発生器の発振周波数が、30秒周期くらいでわず
かに変動しているからだと思います。

いま早速、周波数カウンタで見たら毎秒1/1000Hzずつ変動しています。松下通信の
古ーい型（VP-7421A）ですから、こんなものなのでしょうか・・・
はじめから周波数カウンタをつないで実験すべきだったと思いました。

このUAF42は、電源電圧も高いのが要求されます。筋電計の方は乾電池で低電圧が
条件ですから相反しています。はじめに稼働電圧を確かめなかったミスもあるの
で、どうもこの型は別の用途に使った方が良いと思いました。

50Hzのリジェクトフィルタを調べますと、このUAF42のようなアナログ回路で処理
するのは最近はマイナーでほとんど見つかりません。かわりにA/Dコンバータのモ
ジュールに一体で介装されているものが多いようにみました。

ローランドのNoise Reductionというデジタルソフトで50Hzを処理してみました。
なかなか素晴らしいリダクションをしてくれました。
最近はこのようなデジタル処理で50Hzをリダクションする方法が一般的なのでしょ
うか？
（電気のお勉強が遅かったものですからそういう傾向がわかりません。９

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/17 (Fri) 19:13

明日からお休みです。

＞周波数カウンタで見たら毎秒1/1000Hzずつ変動する
50Hzに対して1mHzの変動は20ppmですね。普通はこれくらいの変動は全く問題ない
のですが、急峻なフィルタに入れる信号としては問題になるようですね。VP-7421A
がどういう性能なのか調べてみたところ、オークション情報ばかりでよく分かりま
せんが、写真
（http://www.ktek.jp/audio-test-eqpmnt/vp-7421a-3functn-sg.gif）を見ると、
完全なアナログ発振器ですね。アナログで20ppmの周波数変動なら立派なものだと
思います。私が持っている信号発生器はこれ
（http://www.product-search.jp/HTML/428/Product/10853.html）ですが、ダイレ
クトデジタルシンセサイザなので、周波数安定度は良いはずです。

＞筋電計の方は乾電池で低電圧が条件ですから相反しています
UAF42は、内蔵コンデンサ（1000pF）の容量が誤差0.5%以内にトリミングされてい
るので、誤差の小さい抵抗だけを外付けすれば、正確なフィルタが作れるというメ
リットがありますが、最低電源電圧が±6Vと高いですし、消費電流も6mAと小さく
ないので、電池駆動の機器向きではないと思います。筋電計だと高い周波数を扱う
ことはないと思われるので、低電圧（1.5V）で動作し、消費電流が極めて小さい
（数十μA）オペアンプを使うのもいいかもしれません。このようなオペアンプは
数kHz未満の低周波しか利得がないので、1MHzで発振する心配もありません。

＞最近はこのようなデジタル処理で50Hzをリダクションする方法が一般的なのか
AD/DAコンバータやマイコンが安くなったので、ハードでフィルタを組むより安く
できるからだと思います（UAF42の価格はかなり高いですね）。社内の知人に聞く
と、最近はアナログ回路が分かるエンジニアがすっかりいなくなったそうなので、
そういう傾向に益々拍車がかかっていると思います。私は仕事では回路設計してま
せんので最近の状況は経験としては知りませんが。

デジタル信号処理だとソフトの変更で処理内容をいくらでも変えられますが、ADコ
ンバータの入力レンジをオーバするような大きなノイズが混入するとお手上げで
す。目的とする信号以外のノイズは、なるべく入口で取り除いたほうが後の処理も
楽になるのではないでしょうか。筋電信号の1000倍の大きさの同相ノイズが乗って
いるような場合は、デジタル信号処理では筋電信号抽出はかなり難しいのではない
でしょうか。筋電信号の処理はデジタルで行うとしても、同相ノイズの除去と微弱
な筋電信号の増幅は、差動増幅器などのアナログ回路でやる以外に方法はないと思
います。

Re: HP54001Aアクティブプローブ - inara1

2012/08/19 (Sun) 12:06

「HP54001Aアクティブプローブ 」のほうが長くなってきたのでこちらでお返事し
ます。

＞「FilterCAD」というソフトがありました
Filter PRO（http://www.tij.co.jp/tool/jp/filterpro）をインストールしてみま
したが（myTIアカウント持っています）、起動するとエラーが出て終了してしまし
ます（アンインストールして再度やったが同じ）。

＞NFさんのですね、高級品です
これは8万円くらいの安モノです。10年くらい前に買ったもので現在は製造中止で
す。別売りの任意波形ソフト
（http://www.nfcorp.co.jp/pro/mi/sig/fg/0105/index.html）を使えば、PC上で
波形を作り、USB端子を介して出力することもできます。周波数の上限は500kHzと
低いですが、下限が0.1mHzと非常にゆっくり変化する信号も出せるので、擬似筋電
信号を作るにはいいかもしれません。現在のラインナップ
（http://www.nfcorp.co.jp/pro/support/pro_on/wf.html#DF）を見ると隔世の感
がありますね。