簡単治具製作シリーズ「ミキシングアンプ」

◎はじめに

オペアンプ等の実験でいろいろなチェッカー（治具グ）があると動作チェックに便利な場合があります。

今回は２つの信号を混合（ミキシング）する簡易的な「ミキシングアンプ」を紹介します。

◎システム

本装置ソウチ（以下、MIX AMPと呼びます）は図１のようにA,Bの２つの入力があり、このA,Bを混合して

MIX OUTに出力します。

また、MIX AMPにおいて「DC-OFFSET」機能を持ち、MIX OUTに直流電圧のオフセット電圧を

加算することも出来ます。

入出力のA,B,MIX OUTで扱える信号周波数はDC～約100KHzです。

◎ブロック図

図２にMIX AMPのブロック図を示シメします。

MIX部はオペアンプを用いた「加算回路」です。この加算回路は入出力の位相が反転する「反転型」です。

したがって、MIX OUTの前に反転アンプ（バッファアンプ）を追加して、全体の位相を合わせています。

◎オペアンプによる加算回路

反転型加算カサン回路（両電源）を図３に示シメします。

この回路は入力V1,V2を加算したものが出力Vo

に現れ、その位相は反転します。

出力は次式で示されます。

抵抗Rcはオペアンプの「バイアス電流によるオフセット電圧」

をキャンセル（低減）させるための抵抗で、値はV1,V2の２入力

であれば、

Rc=R1//R2//Rf

となり、多入力ニュウリョクでは

Rc=R1//R2//・・・・//Rf

となります。

オフセット電圧が問題にならない場合はRcを省略して、オペアンプのプラス端子をGNDに接続します。

注意：上式シキで「//」は並列合成を意味します。

①～③式でRfの前にある「-」は入出力の極性反転を意味しています。

◎回路図

図５に回路図を示します。

○加算回路の利得

加算回路のR5,R6,R7,R8はすべて同じ値アタイです。（10KΩ）前記の③式から利得は１です。

また、IC3Aの反転アンプも利得が1です。したがって、MIX AMPは利得が1で、A,B入力を

そのまま混合します。

○A,Bの入力部

A,Bの入力後のスイッチS1,S2は信号の結合をACまたはDCで選択できるようにしています。

DC結合の場合は入力信号そのままをMIX AMP内部で扱い、AC結合時は信号シンゴウのAC成分のみを

取り出ダして扱うことが出来ます。

R1,R3の値で入力部のインピーダンスが決定され、この例では100KΩになります。

(10KΩでも良いと思オモいます）

○DC OFFSET

ボリュームVR1のDC電圧をバッファーアンプIC2Bを介して加算します。

スイッチS3はDC OFFSETのON/OFFスイッチです。

図６にOFFSET ON/OFFの波形例レイを示します。

OFFSET OFF時は a ) のようにGND(0V)を中心にして波形が振れます。

OFFSET ON時は b ) のように出力波形に対してプラスまたはマイナスのDC電圧を

加算させることが出来ます。

○出力部(MIX OUT)

位相合アわせ用のIC3Aを通ってから、ここでもAC/DC結合の選択スイッチS4を通って出力されます。

R13,R14の600Ωはオーディオ系（測定系）のインピーダンスに合わせています。

なお、この部分のオペアンプはバッファ能力の高い「NJM4556」にしています。

◎製作

○基板

サイズ 72×47mmの片面ユニバーサル基板で製作しました。

配線で特に注意する部分はR5,R6,R7とIC2Aのマイナス端子の接続点を極力短くすることです。

○ケース

TAKACHIの「YM-150」に組み込んでみました。

A,B,MIX OUTのコネクタは「絶縁タイプのBNCコネクタ」です。

A,Bへの接続は測定器（発振ハッシン器、ファンクションジェネレータ等）になりますのでBNCコネクタにして

おくと便利です。MIX OUTも同軸ケーブルの「BNC⇔ミノムシクリップ」を使う場合が多いと思います

のでこれもBNCコネクタです。

スイッチS1～S4はすべて「パネル付けタイプの3Pスライドスイッチ」です。

ケースの穴加工カコウが大変ですが、少しスイッチに触れただけでは切り替カわらないので誤操作に

対しては良いです。図７にフロントパネルの部品配置図ズを示します。

電源供給（接続）用の端子（コネクタ）は「ジョンソンターミナル」です。

シャーシGNDは図８のようにGNDの電源端子を「アースラグ」に接続し、アースラグは金属スペーサ

とケースに共締ジめします。

写真１，２にケース外観、内部の様子を示します。

基板が小さいので内部配線は楽です。

◎使い方カタ

A,Bの２つの入力を混合して出力するだけですが、色々な使い道ミチがあります。

応用例として「コンパレータ回路の評価」に用いる場合を以下に紹介します。

○コンパレータ回路の信号源に用モチいる

図９のようにコンパレータ回路ではノイズを含む信号では「チャタリング」を生じます。

チャタリングは「Eoのエッジを検出」するような仕様の場合、余計にカウントしてしまうので誤動作の

原因になります。

チャタリングが問題になるような場合は、チャタリングの防止として「ヒステリシスコンパレータ」を用います。

ヒステリシスコンパレータは専用のコンパレータICではなく図１０のように抵抗R1,R2を追加して実現出来ます。

ヒステリシスコンパレータは次のように動作します。図１０のように、

入力電圧Eaが「下→上ウエ」に変化する場合

・Erの値を越えたVth(H)のポイントで出力Eoが反転

入力電圧Eaが「上→下シタ」に変化する場合

・Erの値から下がったVth(L)のポイントで出力Eoが反転

となり、ノイズの影響を受けません。

ここで、各反転ハンテンポイントを

Vth(H) 上限ジョウゲンスレッショルド電圧

Vth(L) 下限カゲンスレッショルド電圧

と言い、Vth(H)～Vth(L)の幅を「ヒステリシス幅」と言います。

このようにヒステリシスコンパレータはEaにノイズが重畳していても、一旦、出力が反転すれば、これがさらに

反転するためにはノイズ成分より大きな入力信号の変化が必要になり、ノイズによる誤動作に対して

強くなります。

このようにヒステリシスの評価用として図１１のように「ノイズを含む信号」をMIX AMPを用いて作ります。

A,Bの信号源は「ファンクションジェネレータ」等の発振器を用モチい、この例ではAを本来の信号、

Bをノイズ成分の信号源として用います。

評価回路は図１２のとおりで、

実際の波形を図１３、図１４に

示します。

図１３はヒステリシス無しの場合で、

Eoにチャタリングが生じているのが

分かります。

図１４はヒステリシス有りの場合で、

適切なヒステリシスをかけることに

より、チャタリングは発生していません。

図１３，１４におけるノイズを含む信号の作成は図１５のようにして行っています。

２台のファンクションジェネレータを用意し、それぞれの設定は図１５のとおりです。

MIX AMPはA,B入力はAC結合とし、MIX OUTはDC結合です。A,Bの信号振幅レベルはそれぞれの

ファンクションジェネレータにより行い、MIX OUTの出力が0-5VとなるようにMIX AMPのOFF SETを

調整します。

写真３に実験風景を示します。

◎使用感カン

写真３のように信号源（ファンクションジェネレータ等）の接続は「BNC同軸ケーブル」が基本に

なりますのでこのような治具グのコネクタもBNCにしておくと便利ベンリです。

ケースは、「微少信号」を扱わないのであれば金属ケースではなくプラスティックケースでも

良いと思オモいます。

電源は外部にプラスマイナスのDCを供給しますが、少し面倒な気がします。

（写真３ではこのDC電源は写っていません）

少し大オオきめのケースにして電源内蔵にすればさらに使い勝手の良いものになります。

◎その他の応用オウヨウ例

加算回路はオーディオ的に言イえば「ミキサー」です。

加算回路の応用例として図１６に「オーディオ用ミキサー」の回路例レイを示します。

各チャンネル(CH)を独立して音量制御し、ミキサー信号（出力）にも音量ボリュームを設けたものです。