のこぎり波に重畳した正弦波を抽出する回路 - inara1

2012/08/11 (Sat) 17:24

バッファ（U1）と、カットオフ周波数が1kHzの2次の多重帰還型ハイパスフィルタ
（U2)と、カットオフ周波数が10kHzの2次の多重帰還型ローパスフィルタ（U3)、コ
ンパレータ（U4）から成ります。出力1（out1）には、フィルタで抽出された正弦
波が出力され、出力2(out2)にはTTLレベルの信号が出力されます。

TTLレベルの出力を得るために電源電圧は5V（単電源）としました。このため、オ
ペアンプ（TL071）の動作点（入力信号がないときの出力電圧）を2.5Vとしていま
す。この電圧は、R10とR11の抵抗分割で作っています。U1はバッファ、U2とU3で
1kHz～10kHzのバンドパスフィルタになっています（透過域の電圧利得は40dB）。
U4はコンパレータです。U4の比較電圧は可変抵抗（VR）で調整できるようにしてい
ます。比較電圧を2.5Vに固定してしまうと、U3のオフセット電圧によって、正弦波
の振幅が小さいときに、コンパレータで信号を引っ掛けられなくなくなるためで
す。正弦波の振幅を小さくしたときにTTL出力（out2）に信号が出てくるようにVR
を調整してください。

TL071は出力フルスイングタイプのオペアンプではないので、出力電圧範囲は1.5V
～3.5V程度になります。したがって、正弦波の振幅が20mVppより大きいとU3の出力
は飽和してしまいます。しかし出力が飽和しても振幅が1.5V～3.5Vになるだけで、
後のコンパレータの動作に支障がないので、フィルタの電圧利得は固定にしていま
す。利得をもっと大きくしたいときは、初段のバッファ（U1）に利得を持たせると
いいです。

sano_1815s9akさんの回答にあるように、この方式では、のこぎり波に含まれる
1kHz～10kHzの高調波成分は除去できないので、のこぎり波の立ち下がり部分に重
畳している正弦波をうまく抽出することができず、この部分の信号が欠落してしま
います。この部分を除けば、正弦波の振幅が0.5mVpp以上の広い振幅範囲で動作し
ます。