歪み波形 / オペアンプ編

測定系

手持ちのオペアンプの歪み波形を 下の図のゲイン 20.0dB の非反転増幅回路で測定しました。

測定結果の見かた

発振器とフィルタを直接接続したとき（負荷 600ohm）のデータを元に説明します。 下の図(waveform)はオシロスコープの管面を PC に転送したもので、 CH1 がオペアンプの出力波形、CH2 がオペアンプの入力波形です。 図中の青文字はコメントです。 コメントに 100dB などと書いてありますが、 これは歪み測定用ノッチフィルタのゲインです。 また、Vrms(1)=89.12mV Vrms(2)=8.372V とありますが、 これはオシロスコープのリードアウト機能により読み取った電圧です。

よって、これらの値から歪み率は 89.12mV / 8.372V / 100dB = 0.000027% と 計算することができます。 ただし、管面の右上に "Av" という表示に注意してください。 これはいくつもの波形（主に256回）をメモリーにためて 加算平均(Averaging)処理していることを表わしています。 これにより、これによりノイズが1/√256 になり歪み成分がよく見えるように なりますが、通常測定される THD+N とは測定値が異なってしまいます。 そのため、Averaging 処理を行っている場合には THD+N も並記してあります。
下の図は上の図をFFT(Fast Fourier Transfer) したものです。 横軸は周波数なので、2kHz, 3kHz といった歪み成分がどのくらいの大きさなのか、 一目瞭然に分かります。 歪み率を計算するには、 waveform から入力電圧を求めたあと（この場合は 8.372V-> 18.5dBV） 例えば 2kHz の歪み率は -23.4dBV - 18.5dBV - 100dB = -141.9 dB と計算できます。

測定結果

計測ミスにより オペアンプの歪み率は 1.3 倍ほど大きくなっています。 値はそのまま書いているので、正確には 歪み率は 2.2dB ほど改善されるはずです （後日、測定し直す予定）。

オーディオ用とされるものはだいたい歪み波形がなめらか（低次の歪みが主体）に なっているようです（例外あり）。

発振器とフィルタを直接接続したとき（負荷 600ohm） waveform FFT
歪み率 0.000011 % (-139.5dB), THD+N = 0.000027%(-131dB)
負荷が軽いと歪み率はもっとよくなります。
NJM072 waveform FFT
歪み率 0.0031 % (-90 dB)
J-FET入力 汎用
NJM2068 waveform FFT
歪み率 0.00061 % (-104dB)
GB 積が大きい
NJM2114 waveform FFT
歪み率 0.0012 % (-98dB)
オーディオ用 高出力
NJM4556 waveform FFT
歪み率 0.00019 % (-114dB) , THD+N = 0.00023% (-112 dB)
ヘッドフォンもドライブできる。ノイズが多め。
NJM4588 waveform FFT
歪み率 0.0024 % (-92 dB)
汎用
CXA4559 waveform FFT
歪み率 0.0014 % (-96dB)
4588 の GB 積を 2 倍にしたもの
NJM4580 waveform FFT
歪み率 0.00040 % (-108 dB)
オーディオ用。リードが OFC らしい
NE5532 (TI) waveform FFT
歪み率 0.00050% (-106dB)
オーディオ用。技が詰まっているらしい
AD711 waveform FFT waveform
歪み率 0.0016% (-96dB)
J-FET
HA17742 (日立製 uA741) waveform FFT
歪み率 0.0070% (-83dB)
uA741 の互換品。セラミックパッケージなので買ってしまった。
LF356 waveform FFT
歪み率 0.00031 % (-100dB) , THD+N = 0.00037% (-108dB)
J-FET
LM318 waveform FFT
歪み率 0.00020 % (-114dB) , THD+N = 0.0011% (-98dB)
高速オペアンプ
NE5534 シグネティクス waveform FFT
歪み率 0.00020 % (-114dB)
オーディオ用
OP07 waveform waveform FFT
歪み率 0.015 % (-76dB)
計測用。1kHz を通すには無理があるかも。バイアス電流キャンセル回路付き。
OPA37 (BB) waveform FFT
歪み率 0.00006% (-124dB), THD+N = 0.00009% (-120dB)
高精度、高速。バイアス電流キャンセル回路付き。
OPA604 waveform FFT
歪み率 0.0028 % (-91dB)
オーディオ用。J-FET。割と歪みは大きい。 データシートでは、音質のためには歪みの大きさより伝達関数に効く部分に J-FET を使うことが重要なんだと書いてある。
TL081 waveform FFT
歪み率 0.0045% (-87dB) 5次高調波が一番大きい！
J-FET 汎用
AD OP-27G waveform FFT
歪み率
AD797AN waveform FFT
歪み率 0.000018% (-134.8dB) THD+N = -112dB
超低歪み、超低雑音品種.
600Ωのアッテネーターは発振器の残留歪み率が悪化するので、かわりに10kΩの金属被膜抵抗をオペアンプの入力と直列に接続した（入力信号は10kΩとテストボードの入力抵抗の600Ωによって-24.9dB減衰する）。
Last modified: Thu Dec 25 20:12:43 JST 1997