製作モジュール一覧

2017年11月5日日曜日

Tr回路の実験 プッシュプル

NPNトランジスタとPNPトランジスタを使って正側と負側の電流増幅をそれぞれ担当させるエミッタフォロワ。

単純なプッシュプル


シミュレーション回路図

シンプルなプッシュプル回路でR1とR2で分圧してバイアス・ポイントを決める。バイアス回路の電流は1mA流すことにしてそれぞれ4.7kΩとした。

信号源は1kHz/2Vp-pのサイン波。

入出力

出力はスイッチング歪がハッキリと出ている。出力の振幅は負荷RLが100Ωのときで±1.2Vp-p程度、負荷RLが47Ωになるとさらに低下。

エミッタ電流

スイッチング歪はQ1のエミッタ電流Ie(Q1)とQ2のエミッタ電流Ie(Q2)が交代するところで電流が流れないため発生する。

ダイオード1個でオフセットをかけたプッシュプル


シミュレーション回路図

トランジスタのVbe分をダイオードで相殺した回路。バイアス回路の電流は同じく1mA流れるようにしている。

入出力

負荷RLが22Ωあたりまでは大きく歪むことなく出力できている。(10Ωだとはっきり歪む)

また、負荷RLが47Ωと軽いときでも±1.7Vp-p程度に振幅が小さくなっている。

スイッチング歪

出力を拡大してみるとまだスイッチング歪が残っている。

AC解析

高周波数で利得が上がっている。原因不明で高周波数なので実験での確認もできません(^q^;

ダイオード2個でオフセットをかけたプッシュプル


シミュレーション回路図

バイアス回路ではダイオード2個分の電圧をトランジスタにかけて、エミッタ抵抗(R3, R4)でエミッタ電流を制限している。エミッタ抵抗は出力インピーダンスになるので100Ωとした。

入出力

負荷抵抗RLが100Ωの時(青色の線)出力振幅は±1.1Vp-p程度で入力は±2Vp-pなので出力インピーダンスは100Ω程度。RLが47Ωのときは波形が歪んでいる。

スイッチング歪

出力を拡大してもスイッチング歪は見られない。

エミッタ電流

アイドル時のエミッタ電流は概算では<ダイオードのVf> / <エミッタ抵抗> = 0.6V / 100Ω = 6mAになる。2Vp-pの入力で振幅が最大の時は2V / 100Ω = 20mAになる。


Ie(Q1)はQ1のエミッタ電流、Ie(Q2)はQ2のエミッタ電流。シミュレーションではアイドル時で4mA程度、最大16mAp-p程度になった。

負荷RLが200Ωのときはあまり電流が流れないのでNPNとPNPでスイッチングせずにA級動作している。

エミッタ抵抗



V(ve1)はQ1のエミッタ電位、V(ve2)はQ2のエミッタ電位で、この差分(0.8V~2V程度)がR3とR4にかかる。

エミッタ抵抗に流れる電流はエミッタ電流と同じなので、±20mAとしてP = I^2 * R = 20mA × 20mA × 100Ω = 40mWなので、エミッタ抵抗は1/4Wタイプで大丈夫だろう。(実用する場合はもう少し考える必要がありそうですが)

AC解析

高周波数側の減衰はほとんど見られない。

2017年11月3日金曜日

Tr回路の実験 2SC1815のスパイスモデルを変更

2SC1815のspice modelはWebに上がっていたものを使っていたようだ。「電子回路シミュレータ PSpice 入門編」の付録のCD-ROMに入っていたモデルに変更したら、実験結果と似たようなシミュレーション結果になった。

たぶん、デバイス名が2SC1815じゃなくてQC1815になってしまうのがイヤで「PSpice 入門編」のものは使わなくなっていたのだ思います(^q^;



エミッタ接地+エミッタフォロワのシミュレーション


シミュレーション回路図

<LTSpiceのインストール先>\LTC\LTspiceIV\lib\cmp\standard.bjt

に付録のspice modelを追記。

Q1とQ2のデバイス上で右クリックして出て来るダイアログの[Pick New Transitor]で[QC1815]を選択した。

過渡解析



前回の実験結果とまずまず似たシミュレーション結果になっていると思う。

ベース電位Vb

負荷抵抗RLが68Ωの時のQ1のベース電位Vbが歪むのもこのspice modelだとシミュレーションできている。

AC解析



前回のシミュレーション結果は相当あやしい周波数特性だったが、こちらはこんな感じなんだろうな~と思える特性。

実験結果と同じ縮尺でシミュレーションしてみると


緑の線が負荷抵抗RLが470Ωの場合で2MHzのとき6.5dB弱になっていて実験結果と1dBぐらい違うがまずまずだろう。前のspice modelでのシミュレーションだと-7dBぐらいになっていた。

ステップ応答


実験と同じく100kHz/1Vp-pの矩形波を入力として過渡解析してみた。電位が定常状態になるように

.tran 0 10000us 9980us

として、10ms後からのシミュレーションにした。

シミュレーション回路図

過渡解析

ディティールは異なるが、まずまずシミュレーションできていると思う。

次からはこのspice modelを使っていこうと思います。


POTx8 Launch Box 筐体作成

お弁当箱の意味で、POTx8 ランチ・ボックスという名前にしたのに、つづりを間違えてLaunch Boxになってた。ローンチ…

このままにしておきます(^q^;

外観

中身

POTx16 Pizza Boxと同じく、ダイソーのMDFとクリップボードを加工して作った。木工用ボンドでもそこそこ強度がありそうなので、角材を補強用に使って木工用ボンドで接着した。

天面と底面はプラなので、ここだけは2.1mmの木ねじで固定している。MDFには2mmのドリルで穴を開けてみた。木割れしないで済むかなと思いましたが、やはり少し割れてしまいした。ドリル穴が大きいので強度はあまりありません。

サイド・パネルは塗装のテストをしながら作ってみるつもりです。

POTx16 Pizza Boxとの組み合わせ

SPIケーブルと電源ケーブルでつないで併用できるようにしている。全部で24個のPOT入力デバイスとして使える。

Github:
https://github.com/ryood/Potx8_LunchBox

Test Protam(mbed):
https://os.mbed.com/users/ryood/code/Nucleo_MCP3008_Test/ Revision:4

SPI信号波形


MCP3008側からのMISOの波形が少し汚い。


ch1:CS0 ch2:MISO

試しに1kΩのRでPull Downしてみた。


ch1:CS0 ch2:MISO

まずまずきれいな波形になる。Hレベルの時3.3V/1kΩ=3.3mA流すことになりますが・・・

誤動作が心配なのでPull Downするように基板を改造するつもり。

<追記:2017.11.05>

1kΩでPull DownするとHレベルの時の電圧が2.7V程度まで下がってしまってますね。もう少し考えます。

</追記>

メモ:


接続用のフラットケーブルが接触不良気味。

Arduino Unoと組み合わせてMIDIコンとして使えるようにしてみる?

MISOはPull Up/Pull Downしてみる?