直流カット回路

というわけで、ここ１週間くらいアヤシイ動きを
していたのはマイコンで音声入力～音声出力っていう
流れで遊んでみたいっていう妄想に囚われているん
ですが、マイコン内部のプログラムは適当にでっち
上げればいいとして、問題は回路の方。

去年、超音波センサと超音波スピーカで実験したとき
に思ったように動かなかったんですよね。

で、基本に立ち返り、超音波よりもまず普通の音声
ってことを考えてみようと思ったわけです。

で、復習ってことで、秋月の超音波の回路図を
眺めてみる。
http://www.aki-den.jp/kit_manual/pdf_data/J04_rf.pdf
（↑ネットでも公開されているけど、一応秋月で
　以前ＣＤ－Ｒ買ったもＨＤＤに保存してあります）

で、回路図４ページ目の上の方。センサーから
受け取った信号をオペアンプ２個の反転増幅を
直列に繋いで１００×１０＝１０００倍に増幅
しながら同時に直列成分をコンデンサでカット
しているわけですね。増幅の中点は１０ｋΩ
２個で分圧して作ってる…。

…お。各オペアンプの入力端子側ってコンデンサで
直流成分が入ってこない形になってるから、ある種
オープンになってるよなぁ…。
もしコンデンサに極端に電圧がチャージされていると、
増幅して出力される電圧が上下どちらかに張り付いたり
しないのかな？とふと疑問に思ってみる。

うーん、以前あまり考えずに回路図信じこんで実験
してたんだなぁ。
多分これで動くんだろうって思ってたんだけど、
動作原理を実はよく解ってなかった…みたいな。


あれかな？こう考えれば納得行くかも。
無音状態（交流信号が一切入ってきていない状態）を
想像すると、ネガティブフィードバックが掛かって
いるわけだから、反転入力端子側の電圧も非反転入力側
（＝中点）と同じ電圧になるように落ち着くように
フィードバックが掛かるはず。
で、フィードバックが掛かった時にオペアンプの
出力端子から２つの抵抗を介してコンデンサも同じ電圧
になるまで電気が供給される…つまりオペアンプの
出力端子が電流源になっているのかな、と。

で次に、その状態で交流信号が入ってくると、
コンデンサを通過した交流電圧によって反転／非反転側
の電圧に差が生じることになり、中点を中心に
増幅される。交流信号が途切れたらまた中点で
安定する。と。

考えてみるとそのとおりってことなのか。ふぅーん。
お、むしろ重要なのは１０００ｐＦって書いてある
容量のことかな？

こいつは多分コンデンサマイクのそばにある１０ｋΩの
抵抗と組み合わさってハイパスフィルタとして働いて
いるわけかな？
フィルタの周波数の計算はアレとして、１０００ｐＦか。
１０００ｐＦって１ｎＦだよなぁ…

去年実験した時って、１０００ｐＦのコンデンサ
使ったんだったかなぁ？覚えてないなぁ…
わざわざ買いに行った気もするし…
でも、フィルタの周波数をあまり気にせずハイパス
フィルタが通す周波数を低くしても良しとして、
コンデンサをもっと大きくしてもそれほど問題は
出ないんじゃないかな？

パスコンとしていっぱい買ってある０．１ｕＦ
とかでもいいんじゃないかな？セラコンとか
フィルムコンとか。

特に今回は超音波より低い周波数をあつかうわけ
だから、もっと大きい容量にしないといけないかも
っていうのは容易に想像できるところだな。
要計算。
なにしろ、かたや４０ｋｈｚの超音波。
もう片方は２０～２０Ｋｈｚと広範囲。１０００倍
以上の開きがあることを考慮しないとフィルタで
カットされちゃうはず。

そういえば。
フィードバック抵抗を通して入力端子側にチャージ
される電気があることを考慮すると、あまり小さい
コンデンサだと、せっかく交流電流が入力されても
それをフィードバック抵抗から流れてきた電気が
打ち消しちゃうから、入力側のコンデンサと
フィードバック抵抗の大きさの関係とか、扱う信号の
周波数なんかもきちんと考慮して、それなりに
大きなコンデンサにしないといかんのかな？

やっぱ難しいね。アナログ回路は。

あ、もしかしてこの辺りの回路ってアクティブ
フィルタの基本だったりしないかな？とか思って
例の本を読んでみる…。
そうでもないみたい。基本回路そのまま適用って
わけじゃなく、この回路用にきちんと設計して
あるんだろうな。


あと、この秋月の回路だと１０００倍に増幅してる
から２段構えになってるけど、エレクトレット
コンデンサマイクで音声を普通に拾う分には
そんな大きい増幅率っていらないんじゃないかな？
１段でも良さそう。

あと、出力電圧もＡＤ変換で入力することを考えると、
０～５Ｖの中間電圧付近を中心に振動しててくれた
方が都合外いいから、オペアンプの出力端子側には
直流カットのコンデンサは要らなさそう。


というわけで、まったく考えが纏まらないまま
書き始めたので本人が読んでもチンプンカンプンな
文章ですが、あとでこの辺の入力回路周りを
少しずつ回路図に落とたり定数の計算したりして
みようかな。

今回は、前回無かったオシロという味方が居るから、
実際に動かしてみても以前ほど悩まずに進められる
んじゃないかな？

ゆくゆくは、超音波の実験ももう一回ちゃんと
やり直したいな。