オペアンプとダイオードを用いた絶対値回路

質問

オペアンプとダイオードを用いた絶対値回路を組んでみたのですが，動作せず困っています．
助けてもらえないでしょうか．
動作しないというのは，入力波形がそのまま出力波形としてでてきており，絶対値をとってるように感じない状態です．
使用している素子のどれが悪いのかもわかりません．

実験環境：
使用オペアンプ：
NJM4580 (スルーレートは5V/us)
http://akizukidenshi.com/download/NJM4580.pdf

使用ダイオード：
0R8GU (Trr は 100ns)
http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/102757/TOSHIBA/0R8GU41.html
もしくは
D4L20U (Trr は　35ns)
http://www.zaikostore.com/zaikostore/jsp/pdf/PDFFILE/SHINDENGEN/FIL207384.PDF

使用抵抗：
全て金属皮膜抵抗の100[kΩ]

電源：
±5[V] の両電源

目標となる絶対値出力周波数帯域は　20Hz～1kHz 程度です．
入力する前にノイズ対策のために1次のHPF(カットオフ20Hz)，LPF(カットオフ1kHz)を通しています．

参考にしたサイトは
http://wave.iobb.net/doc/opamp/3.html#_Toc398540550
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/abs.html
ここです．

回答No.18

honya33

質問者です．

返答するのが遅くなって申し訳ありません．
sin波を絶対値回路のViに入力したときの出力結果Voを載せます．

赤色の線が入力信号であり，黄色線が出力信号です．

図１は約±1VをViに入力したときの入出力結果です．
図２は約-1.5V～-3.5VをViに入力したときの入出力結果です．
図３は約+1V～+3.5VをViに入力したときの入出力結果です．

図３に皆様を仰ってるとおりの結果がでているように思えます．
電源電圧を広くとる，または倍率を下げる方法をとってみます．
オペアンプのデータシートの見るべき点も少しだけ分かりました．

次にメインとなる信号を入れてみます．

回答No.17

FT56F001

>入力電圧±3Vの範囲なら，抵抗の誤差があると考えて
>ViとVo点だけを見ると動作しているように思えます．
動いてそうですね。電源電圧が±5V，OPアンプで1.5V，ダイオードで0.5Vの計2Vが引かれるので，
±3Vの入力電圧範囲に限られるのは，仕方ないでしょう。
その範囲で，絶対値回路として正常に動いているのではないかしら。

あとは接触不良のため，動く時と動かない時があるのかも(叩くと直る症状)

お礼

負方向の入力信号は問題なく出力されているようですね．
接触不良も注意します．

データシートをもっとしっかり見るようにします．
オペアンプを使用する際に注意すべき点が少しだけ分かりました．

回答ありがとうございます．

回答No.16

noname#154650

＃８です。
＃１４の通り、オペアンプのoutput swingの限界に達したためと思います。
電源電圧ー１．５Ｖ程度が限度のようなので、5V-1.5V=3.5Vまでです。しかもtyp値なのでモノによってはもっと悪い可能性があります。３．８Ｖ入力により3.8v出力が出来なかったのでしょう。

お礼

データシートをもっとしっかり見るようにします．
オペアンプを使用する際に注意すべき点が少しだけ分かりました．

回答ありがとうございます．

回答No.15

xpopo

今晩は、

その他考えられる原因としては

１) R3,R4の並列抵抗が次段のOpアンプの反転入力に接触不良で
電気的に接続されていない。

または

２）添付した回路のようにR1が初段のOpアンプの反転入力に接触不良
によって電気的に接続されない。

この1)、2)の両方の場合には出力には添付したシミュレーション結果（
シミュレーションするまでもありませんが．．．）のように入力が反転された
波形が出力に現れます。
　ここで確認ですが、このように位相の反転がありますか？それとも出力は
入力に同相ですか？この点が不明ですので確認願います。

お礼

出力は入力に同相でした．
No.18にsin波を入力した場合の出力結果を載せました．
よろしければアドバイスをお願いします．

回答ありがとうございます．

回答No.14

FT56F001

#9です。
Vi=5.8Vのとき，イ点1.3V，ロ点-3.7Vですか!　
ありゃりゃ，イマジナルショートが成り立ってない??。

OPアンプとして，プラス入力が0V，マイナス入力(イ点)が1.3Vなら，
マイナス電源電圧－5V+α　に振り切るはずです。
OPアンプ4580のデータシートによると，±15V電源で出力振幅±13.5Vになっていますのでα=1.5V，
±5V電源なので，-3.5Vまでしか引き下げられなくてもしょうがないです。
ロ点を-3.7Vまで引いてくれたのだから，勘弁しましょう。

[楽観的予想]
入力電圧Viが，|Vi|<3.2Vの範囲なら，正常に動いている。
しかし，これ以上の入力電圧が加わると正常動作しない。

お礼

+3V,0V,-3V入力の結果がでました．

Vi 　　イ　　　ロ　　　ハ　　　ニ　　　Vo
+3.00 ,0 ,-3.49 ,-3.03 ,0 ,+3.05
0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0
-3.00 ,0 ,+0.45 ,0 ,0 ,+2.98

となりました.
入力電圧±3Vの範囲なら，抵抗の誤差があると考えて
ViとVo点だけを見ると動作しているように思えます．

回答ありがとうございます．

回答No.13

honya33

質問者です．
参考にしたサイトといって載せたURLの2つの絶対値回路のダイオードの極性が逆であり，
また私が回路図を載せなかったために，かなり紛らわしく分かりにくい質問であったことを
謝罪します．申し訳ありませんでした．

私が作った回路図はこちらになります．

回答No.12

noname#154650

＃８です。
質問文の参照URLの回路図と＃９の回路図はダイオード極性が逆です。
質問者様の意図した回路はどっちですか？

おそらく＃９の回路図なんだだろうけど、きちんと回路図を書かずにURLで済ませたりブレッドボードで済ませたりするから、こんな不毛な会話をする羽目になるのです。

お礼

申し訳ありません，No13に載せておきます．
もしよろしければアドバイスお願いします．

回答ありがとうございます．

回答No.11

xpopo

回答NO.10です。

すみません。

"横1列，6穴までつながっています．"

この文章を読み飛ばしてました。この文章どおりだと、ダイオードD2はショート
されてないことになります。D2がショートされてなければ問題ないです。
しかし、D2は本当にショートされてませんか？

あとは、D1かD2が極性が逆に接続されている場合に入力波形とほぼ同じ波形が
出力に現れます。

お礼

D2はショートされていませんでした．
D1，またはD2のどちらかの極性が違っていることもありませんでした．

回答ありがとうございます．

回答No.10

xpopo

今晩は、盛り上がってますね。

honya22さんが回答NO.5に載せたブレッドボードの配線図面で原因がはっきりしましたね。
ダイオードD2がショートされてます。

これだと出力には入力と同じ波形が位相180度反転されて現れます。シミュレーション
結果も添付しておきます。

回答No.9

FT56F001

#7です。
>直流入力にしてその値を変えながら，
>各部の電圧を電圧計で見ていく，でもいいかもしれません。

Viに+3V，0V，-3Vを加えて，各点の電圧が次のようになるか，確認してみてください。
Vi　　イ　　ロ　　ハ　　ニ　　Vo
+3,　　0　　-3　　-3　　0,　　+3
0,　　0,　　0,　　0, 　 0,　　0
-3　　0,　　0,　　0,　　0,　　+3

お礼

+3V,0V,-3Vではないですが，+5.78V,0V,-5.02Vを入れたときの結果です．

Vi 　　イ　　　ロ　　　ハ　　　ニ　　　Vo
+5.78 +1.29 -3.67 -3.19 -0.05 +5.09
0 0 0 0 0 -1.01
-5.02 0 +0.46 0 0 -1.01

これでは明らかにおかしいですね．．．
+3V,0V,-3Vの結果はもう少し待ってもらえますか．

回答ありがとうございます．

補足

申し訳ありません訂正します．

Vi 　　イ　　　ロ　　　ハ　　　ニ　　　Vo
+5.78　+1.29　 -3.67　 -3.19　 0 　　+0.64
0 0 0 0 0 0
-5.01 0 +0.46 0 0 　+4.97

です