音源とオーディオの電子工作（予定）: パイロットランプ

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2016年7月13日水曜日

電流を検知するパイロットランプ（OPAMPと抵抗だけで考える）

R2-RラダーDACの逆をすればADCになりそうだと思ってLTSpiceでシミュレーションしてみた。

ADCの場合はラダーではなく直列した抵抗の分圧でできそうだ。

回路図

I1が電流源でRshunt(1Ω)で電圧降下させU1の非反転増幅回路で約5倍に増幅し、Vmとして取り出している。Rloadは負荷で負荷の影響を確認するために10Ω～100Ωでステップ解析した。

Vrefはシャント・レギュレーターで2.5Vの定電圧源にしておいた。R7,R8,R9で分圧して、コンパレータとして使っているU2,U3,U4でVmと比較し、LEDのOn/Offを切り替えている。

DC解析

緑が計測する電流、青がVm。赤、水色、マゼンタがLEDにかかる電圧。450mA、200mA、20mAあたりで切り替わっている。

メモ：

アナログ回路用ということでノイズの少ないアナログ回路だけで構成してみたが、ノイズの影響が問題になる場合は外せばいいからマイコンで作ってもいいのか（＾ｑ＾；

2016年3月15日火曜日

電圧検知できるパイロットランプ TL431で実験

シャント・レギュレータを使った電圧検知できるパイロットランプの実験をしてみた。

「小ネタ実験：電圧検知できるパイロットランプシャント・レギュレーターを使ってみる」でシミュレーションしたやつ↓

シャント・レギュレータはLT1009になっているが実際はTL431を使った。

ATtiny13を使ってマイコンで処理すればもっと部品数を減らせそうだがアナログ回路用ということであまりノイズを出さない方向。

ブレッドボード図

電源から2.2kΩのRを通してTL431に入力して2.5Vを生成。（ここの抵抗値を10kΩにするとTL431に流す電流が足りないようでちゃんと2.5Vの電圧が出力されなかった）

5Vを目標とした電源とGNDを100kΩ : (82kΩ + 100kΩのTrimPot）で分圧してだいたい2.5Vを生成。

これを単電源OPAMPのLM358をコンパレーターとして使って電圧を比較している。

電源電圧が5Vを下回ったら分圧値が2.5V以下になるのでTL431の基準電圧の2.5Vと比較してLEDをON/OFFする。この接続だと電源電圧が下がった場合にLEDが点灯する。

実験してみてやはりコンパレーターを入れないとLEDがじわじわと明るくなるので我慢してOPAMPを使った。

結果

0.1V以下の電圧変化でLEDはON/OFFできるようだ（＾q＾／

LED非点灯時（電源電圧が正常）は電源からの消費電流は1.54mA

LED点灯時（電源電圧が低下）は電源からの消費電流は1.71mA

2016年1月19日火曜日

小ネタ実験：電圧検知できるパイロットランプシャント・レギュレーターを使ってみる

メモです。

LTSpiceでシミュレーションしてみた。

シャント・レギュレーターはTL431を使いたいがLTSpiceにデフォルトで入っていないので同じ2.5VのLT1009でやってみた。

トランジスタ技術 2016年 1月号の付録に「LTSpice使いこなし事典」というのがついていてパラパラ見てみたがTL431のモデルを使う方法がすぐにはわからなかった。気が向いたら後で調べてみる。

回路

過渡解析

TL431は1mA程度流さないとだめらしいのでR1を2kΩにした。シミュレーションだとぎりぎり1mA流れている。

R2、R3は5Vの電源電圧を91kΩと100kΩ分圧してTL431の2.5Vに近くなるようにしている。あんまり流しすぎるともったいないので値は高め。

この電圧とLT1009（TL431の代替）で作った2.5Vぐらいの電圧を単電源OPAMPのLM358をコンパレータとして使って比較している。

LTSpiceのSTEP機能を使って、電源電圧を4.8V～5.2Vに変化させてみた。

結果、5Vぐらいで切り替わっているようだ。

V1の電流は1.2mA程度（消費電流）。パイロットランプのLEDに1mA流すとすれば2mA強かな。

8Pinのマイコンを使った場合と比べると部品は少し増えるがノイズは減らせそうだ。

2015年10月4日日曜日

小ネタ実験：電圧検知できるLEDのパイロットランプ AVRを使う

デジタルノイズが乗りそうで気が進まないので保留していたが、AVRの周辺機能にアナログ・コンパレータがあるので、これを使って電圧検知のテストをしてみた。

使ったのはATtiny13で、たった8Pinだがアナログ・コンパレータもADCも付いている。

ブレッドボード図

AVRのコンパレータは1入力で内蔵のリファレンス電圧(1.1V)と比較できるので、これを使ってみた。

Pin3(PB4)がLED出力、Pin6(AIN1)が検知する電圧入力だ。

 #define F_CPU 9600000  
 #include <avr/io.h>  
 #include <avr/interrupt.h>  
 #include <util/delay.h>  
 ISR (ANA_COMP_vect)  
 {  
      if (ACSR & (1 << ACO))  
      {  
           PORTB |= (1 << PB4);  
      }  
      else  
      {  
           PORTB &= ~(1 << PB4);  
      }  
 }  
 int main(void)  
 {  
      DDRB = 0x00;  
      // LED output  
      DDRB |= (1 << PB4);  
      // AIN1をバンドギャップ・リファレンス、割込み有効化  
      ACSR = (1 << ACBG) | (1 << ACIE);  
      sei();  
   while(1)  
   {       
   }  
 }

Atmel Studioのプロジェクト
https://github.com/ryood/AVR_Analog_Comparator_Test

トリマーPOTで電圧を調整したのでかなりアバウトだが、LEDの点灯/消灯時の電圧をテスターで計ってみた。

LED点灯時： 1.171V
LED消灯時： 0.951V

まあまあ1Vあたりで切り替わるようだ。

ノイズ

VCCの波形をオシロで見てみた。

AVRをブレッドボードに乗せている時

AVRをブレッドボードから外した時

拡大

18.4MHzぐらいのノイズが乗っている。

ATtiny13の内蔵RCで9.6MHz駆動しているので、このクロック由来のノイズのようだ。
（なんで2倍になるのかよくわからないですが）

これだけ盛大にノイズが乗るとアナログ回路には使いづらいが、電圧の閾値をRで分圧して入力してやるとかいっそのことADCをつかうとかすればマイコンを使った回路には使えそうだ。

PINが空いていればわざわざATtiny13を用意する必要もないかな。

メモ：

ATtiny13の逆刺し（上下左右間違え）は危険。かなり発熱した（＾ｑ＾；

2015年5月31日日曜日

小ネタ実験：電圧検知できるLEDのパイロットランプその2

前、「小ネタ実験：　電圧検知できるLEDのパイロットランプ」（http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/led.html）で
ツェナーを使って電圧検知しようかと思って実験してみたが
ツェナーはそれなりに電流を流さないと表記通りの電圧が出せないみたいなので諦めた

Wikipedia（http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%84%E3%82%A7%E3%83%8A%E3%83%BC%E3%83%80%E3%82%A4%E3%82%AA%E3%83%BC%E3%83%89）によると5.6Vのものが一番安定しているそうだが、手頃なのは5.1Vのものしか売ってなかったのでこれで実験してみた

7805を使って9V入力で5Vを生成する回路を想定すると電源電圧が7Vを下回るとあやしくなってきそうなので
7V入力で5.1Vのツェナーダイオードの挙動を調べてみた

~~1.5kΩ~~15ｋΩを入れて7V入力なら4V出力ぐらいでキリが良さそうだ

電源電圧の7Vとリファレンス電圧の4Vを比較することにして、スパッと切り替えるためにLM358をコンパレーターとして使ってみた

電源電圧を15kΩと22kΩのRで分圧して、電源電圧が7Vのとき

7V ×(22kΩ / (15kΩ +22kΩ)) = だいたい4.16V

になるはずだ

実験した結果6.72V ～ 6.78VあたりでLEDの点灯/消灯が切り替わった

自作の可変安定化電源の読み取り値だが電源からの出力電流は

消灯時：0.0mA
点灯時：3.0mA

になった

消灯時はほとんど電流を消費していないと思う

パイロットランプの役目

自作の回路を使っていて思うのは
パイロットランプに要求する第一の機能は「電源がちゃんと来ているかの確認」だと思う

電源電圧を検知するパイロットランプも本当は部品１個で済ましたいが

電源は来ている
電源は来ているが電源電圧が足りない
まあ大丈夫そう

の３つの状態を表現したい

が、LED1個だと無理っぽそう

パイロットランプごときでこんなに部品を使うのは気が引けるが（＾ｑ＾；

LEDを2個使うとかRGB LEDを使うとかすればできると思うので
「5V/3.3Vの安定化電源」で基板スペースに余裕があれば実装するかも？

2015年4月6日月曜日

小ネタ実験：　電圧検知できるLEDのパイロットランプ

タブレットのファンクションジェネレータ用のLPFはもう組んでしまったのでもうあきらめたが
ツェナーダイオードで電位差を作ってやれば電源電圧を検知できるパイロットランプが作れると思いついた

理屈としては（＾ｑ＾；

青色ダイオードのVfが3.3Vとして5.7Vのツェナーを入れれば9V検知
3.7Vのツェナーなら7V検知

ブレッドボードで実験したが

１）青色LED + Ze 3.3V + Ze 3.3V + Ze 3.6V + 1kΩという構成で5.5Vで弱く光り始めて
8V程度で0.1mAから電流が流れ始めた（自作可変安定化電源で測定）

２）青色LED + 1kΩだと2.5Vで弱く光り始めて4V程度で0.1mAから電流が流れ始めた

使ったLEDはSLR34BCTという秋月で買った高輝度タイプのLEDだ

１）の構成だとツェナーで10V程度電位差を作ってるはずなのだが高輝度タイプの青色LEDだと
弱い電圧でも発光する

普通の赤色LEDに差し替えても同じぐらいの反応だが電圧変化に対して徐々に輝度が変化するようだ

青色のせいなのか高輝度のせいなのかわからないが普通の赤色LEDの方が電圧対輝度はリニアなようだ

う～ん

また必要になったら部品を仕入れて実験しようと思います

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