null: Wien bridge oscillator の作製

ADC の評価用に 1kHz の低歪な正弦波信号源が欲しかったので、ウィーンブリッジ発振回路を組んでみました。

振幅制御には手に入りやすい 100V 5W のナツメ球を使用しています。

DC12V 電源で動作し、出力レベルは 1.8Vrms 程度（終端開放時）です。

作製した正弦波発振器

電源スイッチはなく、出力用 BNC と振幅調整 VR のみ

ケース内部の様子

ナツメ球が鎮座しています・・。

回路はよくある電球を使った Wien bridge oscillator そのままです。水色の多回転VRは周波数微調整用です。コンデンサはフィルムタイプを使用する必要があります。高誘電率系のMLCCなんかを使うと盛大に歪みます・・・お試しあれ（笑

銅箔テープで包まれた部品は 12V入力±12V 出力の絶縁型 DCDC です。DCDC 出力には LCフィルタと 2SC2120 を使ったリップルフィルタが入っています。オペアンプには低歪の LT1469CN8 を使用しています。

綺麗な正弦波信号が出力されています

出力信号の歪み率を測定するために、オーディオ用 ADC に接続している様子

ADC には E1DA Cosmos ADC (Grade A) を使用

(搭載 ADC は ESS Technology 製 ES9822 PRO, 32bit, DNR=128dB)

WaveSpectra で測定している様子

THD は 0.00007%（-123dB）、THD+N は 0.00029%（-110dB）と非常に低歪な信号が得られました。

振幅制御にナツメ球を使用しているデメリットとして、本体を振動させると振幅が揺らぐ（AM変調が掛かる）が挙げられます。フィラメントの振動が抵抗値の変化として観察され、ゲイン制御が不安定になるようです。車載など振動が避けられない場合は LED と CdS セルを向かい合わせたアナログフォトカプラでゲイン制御するのも有りだと思います。

せっかくなのでオペアンプを色々変えて歪み率を測定してみました。

① ド定番 LM358

LM358 は比較的重たい負荷を駆動するときには出力段がB級動作をします。B級動作ではクロスオーバ歪が増加するため高調波が多く発生します。オシロスコープの波形では特に目立ちませんが、スペクトラム表示を見ると LT1469 との差は明らかです。

THD は 0.045% まで悪化しました。スピーカを通して耳で聞いても私の耳には違いがわかりません・・（笑）

② コスパ最強 NJM4580DD

オーディオ用を狙って作られた高出力電流＆ローノイズかつそこそこ帯域も稼げる（GBW15MHz）オペアンプです。秋月で単価30円という破格な割に高性能なのでよく使います。シリーズレギュレータの制御用に使用すると LM358 よりも一段と低ノイズな性能が得られます（そのうち記事を書きます・・・）

THD は 0.00057% となりました。非常に優秀です。

③ ローノイズ NJM5532DD

NJM4580DD と同クラスのオペアンプです。入力換算雑音電圧が5nV/√Hz@1kHzと低雑音です。また、動作電圧範囲が±22Vまでと高耐圧です。秋月で単価80円です。

THD は 0.00045% となりました。NJM4580DD と比較すると、4次以降の高調波レベルがかなり落ちています。600Ωをドライブするパワーもあり中々頼りになりそうな石ですね。

④ ゼロドリフトオペアンプ ADA4522-2ARMZ

チョッパー技術を使用した超低オフセット電圧（5μV max）、ローノイズのオペアンプです。低周波用LNAの作製でも使用しました。

THD は 0.00095% となりました。NJM4580DDと比較すると高調波のレベルが若干大きいですが、優秀ですね。

⑤ 番外編ファンクションジェネレータ RIGOL DG1022Z

実験用信号源として活躍中のファンクションジェネレータです。1kHz 正弦波を出力してスペクトラムを見てみました。歪、ノイズともにオペアンプで構成した発振回路には及びません。25MHz の帯域を持っているので同じ土俵で比較するのも失礼ですが。外部から GPS 同期の 10MHz を供給しており、周波数精度は抜群に良いです。