2014年10月29日水曜日

実験用の可変安定化電源 測定部の電源を普通のツェナーでやってみた

「回路の素101」を参考にしてツェナーで定電圧源を組んだ


負出力なので手持ちのPNPトランジスタの2SA1359を使った
3.3VのツェナーでTrのベース・エミッタ間の0.6Vを引いて2.8Vぐらいになるはずだ


適当にRを選んで実測値は2.53Vになった

7805と組み合わせてLTSpiceでシミュレーションするとこんな感じ



R1が220Ωの時に流れる電流は
(15V - 3.3V) / 220Ω = だいたい53mA (620mW)
回路図では2SA1015になってるが、実際は2SA1359で
シミュレーションでは770mW程度の消費電力になったので放熱器もつけておくことにする

ここから先は実際に回路を組んでRをとっかえひっかえで実験





R1を220Ω、220Ω×2の直列(440Ω)、1.5kΩ×3の並列(500Ω)、2.2kΩ×3の並列(730Ω)、2.2kΩ×2の並列(1.1kΩ)に交換して仮想GNDの値をグラフ化した



だいたい500Ω~600Ωぐらいがよさそうだ



1.5kΩ×3の並列(500Ω)だと
(V- - V-GND) ^ 2 / 1.5kΩ = だいたい104mW
なので1/4Wの抵抗で大丈夫だ

負荷抵抗は
5V   R4:100Ωで50mA、
3.3V R3:670Ωでだいたい5mA
で実験した

V+    13.90V
V-    -13.64V
V-GND -2.49V
5V    2.64V(5.13V)←(カッコ内はV-GNDとの差)
3.3V  0.625V(3.265V)
R1の両端の電圧 10.38V
正電源の電流   62.9mA
負電源の電流   83.0mA

5分後
V-GND -2.45V (誤差1.6%)

負荷抵抗の値を1/2~2倍に変えるとGNDは±0.2V程度ふらつく

誤差8%だ(^q^;

ま、いいか

ある程度はプログラムで補正してやることにして、とりあえずこれで組んでみることにする

放熱器をつけても、7805と2SA1359が結構熱くなったので
これも気をつけないとダメだろうな…

TL431の問題


ツェナー+トランジスタの定電圧源で負出力と正出力とでは
エミッタフォロワに使うトランジスタの極性が違う

なので、TL431も中の回路がそういう極性になっていて
逆接続で使えないのかもしれない

壊れるのは確実なので気が向いたら調べてみる

2014年10月27日月曜日

2出力のヘッドホンアンプ 基板を考え中

単4×2×2だとタカチのMX2-8-10にぎりぎり収まるかもしれない



電源用のコンデンサは普通の1000uFだ

MX-2-8-xxxは前後面パネルが左右6mmほどは使えないので
余裕をみて入力用の3.5mmミニジャックを背面に回した

で、Eagleで基板の設計をしてみた



ジャンパー線が入り乱れてユニバーサル基板(オーディオ用)としては
あんまり美しくない

部品を並べてみたが奥行き10cmで収まるかどうか自信がない

出来たとしても、ほんとにギリギリだと思う

なので、いっそMX2-8-13にして奥行きを稼いでみてはどうだろうかと思って
なるべくジャンパー線を使わない方針でやってみた




見比べると、こっちは逆にスズメッキ線の配線がめっちゃ手間掛かりそうだ(^q^;

ニコリのパズルでこういうのやったことあるんだが

(ナンバーリンクと言うやつです)

苦手(^q^;

可変電源の測定部の電源は試行錯誤&実験中なのでまた近いうちに


2014年10月25日土曜日

実験用の可変安定化電源 TL431

測定用の電源部だけでRの値をいろいろ変えて実験してみた



シャント・レギュレーターのTL431がどうも2.5Vとはかけ離れた値しか出ないので
予備のものと取り替えた




V-GNDが見事-2.5Vぐらいの値になった(^q^/

実験中にTL431を壊してしてしまっていたようだ

9V程度の電源ではなかなか壊れないが、±15Vになると
うっかりするとすぐに部品を壊してしまう

が、、、

しばらくするとTL431が煙を吹いた(^q^;;;;

その後は元のTL431と同じ(^q^;



シミュレーションと同じく
仮想GNDをマイナス側に引っ張るR1は200Ω、5Vの負荷抵抗R2は220Ω(流れる電流は20mA)
3.3Vの負荷抵抗R5は3.3kΩ(流れる電流は1mA)で実験している

三端子レギュレータの入力電圧降下用のR3は入れていない

3.3Vの基準電圧用のツェナーはちょうど3.3V程度になる3.6Vのものを使っている

シミュレーション結果だとシャント・レギュレーターに流れる電流、Ix(U2:VCC)は27mAとなっているので
100mA MaxのTL431が簡単に煙を吹くとは考えられない

もしかするとこの接続の仕方がおかしいのだろうか?

TL431のDATASHEETに載っているいるつなぎ方とは逆だ



カソード側(GND側)にも電流制限抵抗を入れないとだめなのか?

いや、そうすると仮想GNDの電位が定まらないしなあ…

手持ちのTL431があと1コなので、いきあたりばったりの消耗戦は中止

多少の誤差は目をつぶって普通のツェナーでやるとか
オペアンプで反転作戦も考えながら進めることにする

2014年10月22日水曜日

2出力のヘッドホンアンプ ケースサイズから考えてみる

ささっと組みたいんだが
まあまあモバイル用として実用的なことを考えているので
基板設計で手詰まり

なので
できるだけコンパクトなケースに収めることを優先して
考えてみることにした

(&手持ちの部品以外はできるだけ使わない)

OPA20134が±2.5V~
NJM4560Aが±2V~なので

最小限の単4×2×2で部品を並べた



470uFの(オーディオ用の)コンデンサをMixer用に仕入れていたので
単4の電池と並べてみたが収まりがわるい

タカチのMXシリーズだと47mm×72mmの基板は
スライド方式ですっぽり収まる設計になってるようなので

これを基準に考える

でかいコンデンサを互い違いに納めればいけるかもしれないが
このコンデンサはサイズ的にモバイル向きではないと思うので
また据え置き用とか大事なときに使うことにする



普通の470uFのコンデンサにするとスペースが余りそうだ

Rの入れ方にも余裕が出来そうだ

なので電池を増やして単4×3×2にしてみた

コンデンサにこだわるよりもともとの電池の電圧を上げたほうが
いい結果が得られるはず(たぶん)

電池がヘタっても余裕がある(はず)



単4×6本なのでよく考えれば9V電池と電圧的には一緒だ

でかい470uFのコンデンサを復活させてみたが

幅がちょっと足りない

そもそも9V電池はすぐヘタるし、エネループでも出ていない

今回は単4×3×2を中心に考えていくことにする

POTも基板実装のやつにすればもう少しコンパクトに出来る気がするが
取り付け用のを買いだめしてしまっているので出来るかぎりこれでギリギリまで粘る

実験用の可変安定化電源 とりあえず結合

前回の電源構成で全体をつないで実験してみた


-------------------------------------------------------------
キットの可変電源
-------------------------------------------------------------
電圧測定用の分圧 | 負荷抵抗 | 電流測定用のR | SPACE | 電源の分岐
-------------------------------------------------------------
測定部の電源 | LCDとAVR(測定部)
-------------------------------------------------------------

という構成だ

単3×8×2(±12V)で電圧のチェックをしてみた

負荷抵抗100Ω 
電池+         11.37V
電池-        -11.14V
可変電源出力+  9.10V
可変電源出力- -9.03V
Meas+         1.524V
Meas+        -1.520V
I+            85.3mV
I-           -61.5mV
V-GND         -2.10V
5V             2.92V
3.3V           0.846V

測定部電源の7805と100ΩのRは相当発熱する

GNDから-2.5VシフトするためのTL431も発熱しているので
流れこむ電流を測定した結果、18mA程度だった

推奨値でMAX100mAなので問題ないはずだが(熱の話は置いておいて)
2.5Vを期待しているのに2.10Vになってしまうのは困った

さらに電池を±15Vにすると、V-GNDが-3.84Vに(^q^;



あまり電流を流さないようにと思って
回路図のR1を220ΩにするとTL431(回路図ではLT1009で代用)
の両端が15V程度になってしまった(^q^;;;;;

たぶんいろいろ間違ってるか激しく誤動作している気がする

もう少し測定用の電源だけでテストしないとダメかもしれない

ブレッドボードでごちゃごちゃやってて、AVRのVCCに電池直の10.5Vを加えてしまって一瞬で壊してしまった

さすがマイコン弱いなぁ(^q^;

ファームウェア


『昼夜逆転』工作室さん(http://jsdiy.webcrow.jp/vameter/)のソースは
丁寧にコメントされていたので思ったより理解しやすかった

テスト用にADCの読み取り値をそのまま表示するようにした


↑写真はうまく取れてません


2014年10月19日日曜日

実験用の可変安定化電源 電圧・電流計部分の電源

計測部分のための電源の試行錯誤をしている

±15VからGNDを2.5Vずらして5Vの中点に持ってくるのが意外と難しい

熱の影響でいろいろと問題が出る

ブレッドボードで実験した結果、結局この構成にしようかと思っている




三端子レギュレータも7805なら50mA程度取り出すぐらいなら、放熱器なしでいけると思っていたが、
+15V(今回の実験では10.5V)と、シャントレギュレータ-で作り出した-2.5V、
計17.5Vから5Vの降圧は意外としんどかった

7805に流れ込む電流が、前回やったシミュレーション(http://dad8893.blogspot.jp/2014/10/7805.html)通りだとすると

(17.5[V] - 5[V]) ×  125[mA] = 1.56[W]

ぐらい(^q^;が7805で消費される

熱の計算がめんどくさいのでとりあえず放熱器をつけて実験した

10分ぐらい通電した結果、放熱器も熱くなっていた(^q^;

100Ω(3W)のRも相当なもんだ

熱が発生すると当然抵抗値も変わるので困った(^q^;

実験の試行錯誤の末の結果(もともとのGNDからの値)

10分後
シフトしたGND -2.33V
シフトした5V  2.66V (4.99V)←(カッコ内は差分)
3.3V       2.98V

15分後
シフトしたGND -2.30V
シフトした5V  2.71V (5.01V)
3.3V       2.97V

5V出力の負荷は100Ωなのでだいたい50mA
3.3V出力の負荷は1kΩなのでだいたい3.3mA

電圧/電流を計るための基準電圧にもなるのであまりふらついてほしくないが
これぐらいならまあ許せるレベルだ

回路図





  • 電流はこれで足りてるのか(特に3.3V)
  • ほんとに負電源の電圧が計測できるのか
  • 電流もちゃんと計測できるのか
  • I2Cのレベルシフトはしなくてほんとに平気なのか


とパッと考えても課題はいろいろあるが、ネチネチがんばれそうなレベルになってきた

2014年10月17日金曜日

2出力のヘッドホンアンプ

難しいことばっかりやってて気力が萎えそうなので
コミケ(とか)で来てくれた人に聴いてもらいながら自分も音の確認が出来るヘッドホンアンプを作ろうと思っている

出力にパワーがあれば二股の変換プラグでOKなんだが
自作音源は出力段のことまで気にしていない

スマホでも
ちっこくて二人で一緒に聴けるヘッドホンアンプもおもしろいかと思った

シミュレーション(過渡解析)



電源は単4×2本×2の両電源を予定
たぶんエネループにする

回路としては非反転アンプとボルテージフォロア×2の組み合わせ

R4、R5は音量調節用のボリュームだ

2出力のボリュームは連動する

ほんとはOUT1とOUT2に繋ぐヘッドホンの効率でバランスを調節できるようにしたいんだが
今回はパスする

自作音源はDCレベルが偏ってるかもしれないので
カップリングコンデンサ(C1)は外したくない

シミュレーションでは入力を0.3Vプラス側にシフトしてみた

出力は見た目DC0Vに収まってそうだ

シミュレーション(AC解析)



理想OPAMPのシミュレーションだが-3dBは10Hz以下

だいたい50Hz以下はヘッドホンで聴けるわけないし、逆にヘッドホンに悪いし
こんなもんココでバッサリいったほうがいい

曲作るときもスパッと切る周波数だし

ブレッドボードで試作



OPAMPは低電圧でもOKなNJM4556Aにした

ソフトオシロ(WaveSpectra)で入出力をチェックした

入力



初段


OUT1



OUT2



電源を繋がない時



高調波歪(1kHzに対して2kHzとか3kHzで出ているやつ)は
オーディオの世界で言ういわゆる味付けというやつなので
OPAMPの差し替えで

電源を繋がない時のノイズはやはりこわい

2014年10月16日木曜日

I2C LCDをAVRで試す

LCDを3.3V駆動、AVRを5V駆動することにしてテストしてみた
AVR: ATMega328P
LCD: SPLC792-I2C (aitendo)


電池なので電源電圧はきっちりしていないが、表示はOK
LCDの電源 2.90V
AVRの電源 4.63V
消費電流も測ってみた
LCDの電源 5V OFF時: 0.20mA | 5V ON時: 70uA~15uA
AVRの電源 12mA → 8.8mA に減る
LCDのバックライトに5V/5mA程度流すとすると、ざっくり20mA程度は必要だ

余裕をみると、やっぱり5Vの三端子レギュレータからは50mA程度流せる余裕が必要そうだ

I2Cを使った場合のVAMeterの回路図


ATMega328Pの周辺機器のI2Cを使うとADCで使えるPINは残り4本
ギリギリセーフ(^q^/

ファームウェアも『昼夜逆転』工作室さん(http://jsdiy.web.fc2.com/vameter/)の
ところからからかなり手を加えないといけない

AVRでのADCは今まで使ったことがないのでいろいろ調べたりテストしたりが必要になりそうです

aitendoさんのLCDはなかなか使いこなすのが難しい


SPLC792-I2Cの基板セットで別の製品を買っておいたが
LCDと基板でハーフピッチハンダ付けが必要になるので寝かしておいた

ハンダゴテのコテ先とフラックスを新調したので思い切ってハンダ付けしてみた



ハンダ付けはうまくいった気がするが(テスタで導通/絶縁を調べて)
うまく表示されない

LCD本体と端子はフラットケーブルで隔離されてるので
そうそう熱で破壊されることは考えられない

資料があまり親切ではないので、tozさんみたいに基板もHackするつもりでやらないとダメかもしれない

幸いバックライトのテストは出来たので、バックライトを破壊したLCDとニコイチしようかな

aitendoさんに在庫もあまり無いようなので
ぴゅんぴゅん3号のシールドにはstrawberry linuxさんのを使うことも考える
http://strawberry-linux.com/catalog/items?code=27021

aitendoさんのに比べると高いけど、資料も丁寧だし、在庫もたっぷり

2014年10月14日火曜日

もう一種の万歩計も調査。

ダイソーにはもう一種類万歩計がある。



設計は古い(基板上には2010年とある)が構造はこちらのほうがきっちりしている。


ただ、リセットが長押しではなく、即効いてしまうので、カウンターとして制御するには、信号が一本多く必要となる。そのためtiny13のデバッグには採用しなかった。

しかし、液晶を完全に乗っ取るなら話は別。
この液晶、比較すると横に長く、数字はでかい、個人的見解ではちょっとダサい、良く云えば味がある。
基板側を見ると2.54mmピッチゆえ、ユニバーサル基板や、ブレッドボード上では使いやすいかもしれない。

ガイガーカウンタ実験時に購入しておいた奴をバラしてセロハンテープ作戦を決行した。

調査結果は以下のとおり、信号線は14本、4コモン10セグでした。
制御信号が2本多く必要でATtiny2313ではIOが残り4本になっちゃう、ってマイナスがあるけど、どの信号がどの液晶部を担当しているかという点においてはものすごく把握しやすいか。

一長一短ですね。




2014年10月13日月曜日

I2C LCDにこだわる理由

Arduino + I2C LCD + I2Cバス用レベル変換モジュール(PCA9306)で、もう少し実験

5V駆動ならRESET PINはArduinoから制御しなくても、VDDに引っ張っておけば動いた

というかRESET PINはI2Cバスではないので、このモジュールでレベル変換するのは多分NG

RESET PINをVDDにつないでaitendoのI2C LCDで実験した



画像の通り、VDDに3.3V供給して変換モジュールをかましてSCL/SDAを3.3V変換すると
何も表示されない

スケッチのContrastの値を、10、34、50に変えてみたがダメだ

VDDに3.3V供給して信号線をArduino直ならOK

Contrastは20~63まで表示される

記録してないが、このときSCL/SDAは3.6Vぐらいになっていた

5Vと3.3Vの引っ張り合いっこで、この値になってるんだろう(たぶん)

もう実験を続ける気力がないので、I2CのLCDを使うと
どれぐらい実装面積が節約できるか部品を並べて確認して見た

可変安定化電源


I2C LCD



120mm x 150mm ぐらい


hd44780互換



140mm x 150mm ぐらい

筐体の後ろからDCジャック×2で電源供給

前面か上面から安定化した電圧を出力

あんまり考えないで並べたが、I2C LCDの方が確実にコンパクトにおさまるはず

ケースはオーダーメイドじゃないので…

ぴゅんぴゅんシールド



これはもうあからさまだ

レベル変換しないで済むなら、それに越したことはない

I2Cの5V↔3.3Vレベルシフト 秋月のレベル変換モジュールを使ってみた

<追記:2016.07.05>

実験しなおしました。「秋月のI2Cバス用双方向電圧レベル変換モジュール(PCA9306)を使ってみる。

</追記>

電源用の抵抗が届くまで他のことをする

I2Cのレベルシフト用のモジュールを秋月で購入したのでテスト
I2Cバス用双方向電圧レベル変換モジュール(PCA9306)(http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-05452/

結果から言うとダメだった




I2CのSCL、SDAとRESETの3本が必要なのでモジュールを2コ使った

このモジュールはSCL、SDAと端子名が付いているんだがそれ以外は使えないんだろうか

2コ目の使っていない端子の処理も気になる

付属のDATA SHEETの回路図を見るとプルアップされているのでオープンでいいはずだが

PCA9306のDATA SHEETもおいおい調べることにする


テスターでDC電圧を計ると、VREF1側が3.3V、VREF2側が5V弱出ている

500HzのHIGH/LOWをソフトオシロで計測すると

3.3V側


5V側


→delayMicroseconds()を使ってもう少し周波数を上げて計測したほうがいいかな?

Arduinoのスケッチとか、何か根本的なところで間違ってるのかもしれない

秋月のLCDはピンヘッダをはんだづけするときに失敗してデカップリングコンデンサを外してしまっているので(http://dad8893.blogspot.jp/2014/08/i2clcd.html)aitendoのLCDでも試したが同じ。

5V駆動すると、どちらもちゃんと表示される(^q^;



画像はバックライトがないので暗いです


他のI2C製品だが、aitendoでArduinoを使った写真があったので見てみると(http://www.aitendo.com/product/9937
LCDの供給電圧は3.3VをArduinoから取ってきているが
I2Cの信号線はArduinoの出力そのままだ

同じように接続するとやはりちゃんと表示される

LCDのコントローラーのDATA SHEETを確認すると

Input High Voltage | Limit Max. | VDD

となっているので仕様外だ(と思う)

可変安定化電源の電流電圧計も、ぴゅんぴゅん3号のシールドも
できればバックライト付きのコンパクトなLCDを使いたいので
3.3V給電、信号線5Vで行こうかなあ…

ぼちぼち実験しながら進めることにする

2014年10月12日日曜日

万歩計液晶調査

前から調べたかったのですが、時間がなかなか取れず、ようやく万歩計液晶の回路を調べました。

前にも書きましたが、小さくて無駄のない液晶ってなかなかないわけです。

☆調査方法ですがロジアナなんて持ってないからセロハンテープです。

液晶に接続されるパターンをセロハンテープでマスクして一旦組み全液晶表示して、状態を手で書き写す。それを一つづつ全部の信号に適用。
表示されない液晶が、マスクした信号線の担当箇所だよな(笑)という地味ーな作業。
謎のパターンがあり、これをGNDに落とすと全ての数字に8を出すスイッチとなることがわかってたので、こいつが利用できたわけです。


調査結果がこんなかんじです。5コモン7セグでした。



電圧はテキトーに3Vくらいで試してみます。(0V 1.5V 3V)
おそらくtiny2313を一個、フルに液晶表示専用に供すればいけそう。
12本の信号使ってもまだIOは6本あるので表示データもtiny13から送れそうだ
…ソフトでi2c実装するって手もあるか。