はんだ面<追記:2018.03.12>画像の「ここ」は、はんだ忘れでした。最初の導通チェックは通過しましたが運用開始後、わりとすぐに発見できました。ユニバーサル基板のはんだ面は記録するのが恥ずかしいですが、画像で記録しておいてよかったと思います。NANOを背の高いピンソケットをかましてMCP4922と段違いにしてUSBケーブルを差しやすくしましたが、MCP4922の出力とVREF設定用のピンソケットと干渉しそうです(^q^;;;アナログ系の出力ボードをテストしながら製作していきます。その2差動増幅回路をブレッドボードで実験しました。定電流源に使っているQ3のバイアス回路のR6、R7を12kΩ、33kΩに変更しました。ch2:IN2主にch2:IN2に信号波形が現れていて、ch1:IN1はノイズに埋もれてしまっています。4次バターワースLPFの出力のOUT側をch1、GND側をch2に接続しています。ch2:OUT2出力はちゃんと差動出力になっています。21.8(26.8dB)です。ch2:OUT2Q1、Q2のエミッタの電位ch1:Veは-687.6mVで振幅はほとんどありません。AVRトランジスタテスターで測定したVfと近い値になっています。ch2:Vc2Q1のコレクタ電位Vc1の中心値は2.554V、Q2のコレクタ電位Vc2の中心値は3.200Vで656mVの差が出てしまいました。原因はよくわかりません(^q^;入力を片側だけにする。信号源からの入力をIN1のみにし、信号源のGND側はGNDに接続しました。11.44(22.2dB)で、差動入力した場合の約半分になっています。←差動入力した場合と片側をGNDに落とした場合は動作が異なる。入力を両方ともGNDに落としてオフセット電圧を測定しました。R2を除去してQ2のベースを直接GNDに落とした場合と比較しました。ch2:Vc2R2ありの場合はオフセット電圧は32mVですが、R2を除去した場合は1.501Vと大きなオフセット電圧が発生しました。入力インピーダンスを合わせておけ、というセオリーも納得です(^q^/OUT1だけを出力として利用OUT2のコレクタ抵抗R4を除去してOUT1だけ出力として使いました。AD9833ファンクションジェネレータ(Bypass出力)に変更して周波数特性を測定してみました。出力が600mVp-p程度なので入力に直列に56kΩのRを入れて減衰させて測定しました。20.6(26.3dB)。@1kHzと比較すると測定した最低周波数の500kHzですでに-3dBより下がっているようです。その2」)ブレッドボードでの実験の限界も感じます。0.966093591可変電流源Q3の定電流源を、自作の可変電流源に置き換えてみましたがうまくいきませんでした。この差動増幅回路ではうまく使えないのかもしれません。VEEに引っ張る電流なので、可変電流源の電源の+を差動増幅回路のGND、可変電流源のGNDを差動増幅回路のVEEに接続しました。可変電流源の設定電圧はGNDとVEEを10kΩのPOTで分圧して与えています。ch2:OUT21mAに設定したときに出力が歪んでいるのと(2mAの時も歪んでいますが)、OUT2に出力波形が現れていません。差動増幅回路OPAMPの入力段によく使われている回路です。Q1とQ2の入力(ベース)の差分を増幅するので、入力と反対側にフィードバックして負帰還をかけることができます。Filterの電流制御部やVCAの電流制御増幅器として使われることが多く、アナログ・シンセでもとても重要な回路です。入力はIN1、IN2の差動入力で50mVp-p、100mVp-p、200mVp-pのサイン波を入力してパラメータ解析しました。Q3のあたりは定電流源で2mA程度流す設計になっています。Q1、Q2の増幅率は制限せずQ1、Q2のhFEとエミッタ電流によって増幅率が決まります。出力を見ると、入力が100mVp-pで歪み始め、200mVp-pだとクリップしています。Q1、Q2と入出力の対応を見ると、V(in1)(緑)に対しV(out1)(赤)、V(in2)(青)に対しV(out2)(シアン)で、それぞれ出力が反転しています。←基本的にはエミッタ接地増幅回路。エミッタ電流-Ie(Q3)(緑色の線)は定電流源のQ3のエミッタ電流(≒コレクタ電流)で1.7mA程度になっています。-Ie(Q1)(青色の線)、-Ie(Q2)(赤色の線)はそれぞれQ1、Q2のエミッタ電流で中心は0.85mA程度で、-Ie(Q3)を分け合っています。振幅が大きくなると0mAと-I3(Q3)によって電流が制限されるようです。Trの各端子の電位V(Ve)はQ1とQ2のエミッタ電位で、GNDからVbe分低い-633mV程度になっています。←ベースがGNDに接地されているため。Q1のコレクタ電位V(Vc1)、Q2のコレクタ電位V(Vc2)は3.2V程度です。3.13V定電流源をcurrentコンポーネントにしてみる。シミュレーション回路図Q3まわりの定電流源をLTSpiceのcurrentコンポーネントI1に置き換えて、入力を50mVp-pに固定、I1の電流値を1mA、1.5mA、2mAにしてパラメータ解析しました。入力を片チャンネルのみにする。信号源の片側をGNDに接地してQ1片チャンネルのみの入力にしてみました。出力は800mVp-p程度になっています。出力波形を見ると正側と負側で振幅が異なっていて、若干歪んでいるように見えます。両チャンネルに入力した場合の入出力Q1、Q2両チャンネルに50mVp-pを入力した場合、出力は1.6Vp-p程度なので、Q1片側のみの入力の場合出力振幅は約半分になっています。こちらは出力の正負の振幅は同じで、歪も無いようにみえます(@@?出力を片チャンネルだけ使う。トランジスタ回路の設計」によると、出力を片側だけ使う場合、Q2のコレクタ抵抗R4を取り除いてもOKとあるのでシミュレーションしました。配線の都合上、MCP4922の出力は1chのみとしました。Arduinoのファームウェアでもそこそこのサンプリングレートで2ch分出力するのは難しそうなので(^q^;また1ch出力なのでLDACも省略し、CSで出力のタイミングを取るようにしました。ロー・ブースト負帰還に周波数特性を持った回路を入れて、出力の低域を増幅する回路です。カットオフ周波数を決めるCcを0.001uF、0.01uF、0.1uFにしてパラメータ解析しました。Ccの容量が上がるとカットオフ周波数が下がります。ペインのI(R10)は帰還電流です。帰還電流は高域になるほど多くなっています。真ん中のペインのIe(Q1)はQ1のエミッタ電流です。帰還電流によってコントロールされ、逆に高域になるほど電流が小さくなっています。上のペインのI(R5)は帰還電流とQ1のエミッタ電流が合流したものです。負帰還に入っている回路を抜き出しました。531Hzfc2はシミュレーションではもう少し低い周波数(506Hz付近)になっています。OPAMPに置き換えてみる非反転増幅回路の負帰還を上記の回路に置き換えて、OPAMPのロー・ブースト回路をシミュレーションしてみました。U1の反転端子への入力の周波数特性OPAMPを使うとディスクリートより回路がずいぶんすっきりします。両電源を使ってACカップリングを省いているので低域の減衰がありませんが、特性はほとんど同じです。その2ブレッドボードで実験しましたが、おかしな結果になってしまいました。信号源の出力レベルの調節が難しいので、入力段でR10=200Ω、R11=1.8kΩで1/10に分圧して実験することにしました。信号源はPCM5102Aファンクションジェネレータ+4次バターワースLPFで、出力インピーダンスはまずまず低い(1kΩ以下)と思います。入力段の分圧1Vp-pのサイン波を入力して、分圧後と比較してみました。入力INと比較して分圧後(C4の手前)では約1/10の振幅になっています。ch2:OUT前回のシミュレーションと同じように50mVp-p(分圧前は500mVp-p)のサイン波を入力すると、出力がクリップしてしまいました。入力電圧を下げていくとクリップしなくなります。ch2:OUT抵抗による分圧で1/10に減衰させても、入力の振幅が小さすぎて測定しにくいです(^q^;大体50mVp-pとすると1/10に減衰させているので、5mVp-pの入力に対して4.56Vp-pの出力です。912ということになってしまいます。100程度になるはずですが。負帰還これだけ増幅率が大きいと負帰還がかかっていないのでは?と思ってR4を除去してみました。Q2のコレクタ出力からQ1のエミッタに帰還がかからなくなるのでオープンループゲインになります。1168で、R4=10kΩで帰還をかけた場合より大きくなっています。304とR4=10kΩのときより小さい増幅率になるので、負帰還がかかっていないとも思えません。4.757VLTSpiceでシミュレーションしてみると、下図のようになります。動作点はそれほど大きな差は無いように見えます。トランジスタ回路の設計」では正しく動作している結果が掲載されているので、ブレッドボードボードでの実験では正しい結果が得られないのかもしれません。