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さらに低歪みを目指して

ここまでくると、もうヤケクソみたいなものですので、徹底的にやっちゃいましょう。トランジスタの特性の差を吸収させるための抵抗をコレクタ(というかドレイン?)側に入れて、更に低歪みを目指します。 JFET差動入力 二次LPF 改 結果、歪み率は0.000045%、周波数特性は~70kHz(-3dB)となりました。正直、これ以上のことをしようとすると、増幅段を増やして帰還量を増やすぐらいしか思い付きません。既に片チャネルだけでトランジスタを6コ、JFETを2コ、定電流素子(CRDかJFET)が2コが必要という、かなり物資の投入量が過多な状況です。 思考実験やシミュレータ上で遊ぶ分には構わないと思うのですが、バスパワーのUSB-DACにこれ以上投資するのはバランスが悪そう。ということで、そろそろ実装に移行しましょうか。

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LPFの定数を変更

先の記事の回路をベースに部品集めに着手しようとしたところ、さっそく壁にぶつかりました。LPF用のコンデンサはすべて表面実装を採用としていたのですが、PanasonicのPPSコンデンサのラインナップは100pF以上だそうで、今回必要な56pFがありません。 代替として考えられるのはスチコン(スチロールコンデンサ)です。ディスコン気味とは言え、スチコンはもう入手できないという訳でもないので秋葉で探せば見つかりそうではありますが、ラジアルリードかぁ。 LPFの180pF/56pF/16kΩx3という組み合わせを、330pF/100pF/10kΩx3という組み合わせにすれば、LPFとしてはほぼ同等の性能になりますが歪み率が悪化します。そこで入力DCカットのケミコン(470uF)の後ろの10kΩを47kΩにしたら、改善しました。理屈は? FETの負荷が大きくなって結果的に負帰還量が増えたから? ちなみに100kΩぐらいにしちゃうと、逆に歪みが増えます。 これで、手元にあるパーツに抵抗を買い足せば実装できそうな気がしてきました。現時点の回路図はこんな感じになります。基本的な回路構成は先の記事から変更されていません。 JFET差動入力 二次LPF 改 ちなみにこの定数(330pF/100pF/10kΩx3)、nabeさん設計のUSB-DACと同じものです。

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DAC用二次LPF・回路決定

かれこれ3ヶ月ほど検討していたDAC用の二次LPFですが、結論が出ました。 『OPアンプを使って素直に実装するのが無難でしょう。』 我ながら冷静な判断です。しかし、それでは面白くありません。せっかくディスクリートに目覚めつつあるのですから、無理、無茶、無謀は承知の上で頑張ってみましょう。ということでこんな感じになりました;

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二次LPF その後

LTSpiceおもしれー! シミュレーションおもしれー! ということで、アレやコレや試して遊んでいます。一応、目標であるところのFET差動増幅回路で二次LPFを組むところは忘れてないつもりではあります。これまでのところ、増幅回路に 抵抗負荷 カレント・ミラー (能動負荷) カレント・ミラー + カスコード・ブートストラップ 抵抗負荷 + カスコード・ブートストラップ といった差動の定番を、そして反転と非反転のそれぞれ二つの負帰還とをそれぞれ組み合わせて特性を確認しています。また反転の場合は多重帰還型のLPF、非反転の場合はVCVS型(正帰還型)のLPFになります。 まだシミュレーションの途中ではありますが、歪率の点ではカレント・ミラー+カスコード・ブートストラップが最も特性的に優れています。まあ、当然っちゃあ当然でしょうけど、正直、ここまでディスクリートで組み上げる必要があるかどうか、微妙なところではあります。 負帰還は非反転の方が歪率は小さいようです。ただ、二次LPFとして実装した場合は、VCVS型(=非反転)より多重帰還型(=反転)の方が位相の乱れが少なく、素直な特性になるようです。

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フィルタ計算ツール

引き続き、LPFネタ。シミュレータで回路のシミュレーションができるからといって、回路定数を闇雲に入力してシミュレートするのは時間の無駄です。事前にツールを利用して、定数に当たりをつけておくことで、より効率的に設計、シミュレーションを進めることができます。 そこで今回登場するのが、大川電子設計さんがウェブで公開されているフィルタ計算ツールです。入力した抵抗値や容量に応じた結果を返すだけでなく、カットオフ周波数等のパラメータを指定するとE6~E24系列で抵抗値や容量を返してくれる優れた機能もあります。 スタンドアロンアプリとしては、Texas InstrumentsがFILTER PROというフリーのシミュレーションツールを公開しています。上述のフィルタ計算ツールとほぼ同等の機能を提供していますので、ウェブにアクセスしづらい環境ならこちらを利用するとよさげ。

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DAC用二次LPF

久し振りにDACネタ。地味に設計を続けています。 DACの出力側に入れるLPF(ローパスフィルタ)ですが、前回の試作ではCRによる単純な一次LPFでした。OPアンプを採用すればシンプルな二次LPFを実装できるのですが、出力部(バッファ)はやっぱりFETに拘りたい。そこで、バッファ部を反転増幅回路にして、OPアンプによる二次LPFと同じように実装できないか検討しています。

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